Η αμηχανία των θεωρητικών είχε πάρει τον ανήφορο. Είχαν αρχίσει να χάνουν τον έλεγχο. Μα ήταν άραγε δυνατόν; Τόσο πολλά; Τόσο πολλά τα στοιχειώδη σωματίδια.

Παρουσίαση με θέμα: "Η αμηχανία των θεωρητικών είχε πάρει τον ανήφορο. Είχαν αρχίσει να χάνουν τον έλεγχο. Μα ήταν άραγε δυνατόν; Τόσο πολλά; Τόσο πολλά τα στοιχειώδη σωματίδια."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1

2 Η αμηχανία των θεωρητικών είχε πάρει τον ανήφορο. Είχαν αρχίσει να χάνουν τον έλεγχο. Μα ήταν άραγε δυνατόν; Τόσο πολλά; Τόσο πολλά τα στοιχειώδη σωματίδια που συγκροτούν τον Κόσμο; Είχαν πλέον ξεπεράσει τα εκατό. Είτε «βαρέων βαρών», έτσι που να θυμίζουν πρωτόνιο, είτε «μεσαίων βαρών», με μάζες πιο κοντά σε κείνη του ηλεκτρονίου, τα περισσότερα από αυτά δεν ήταν παρά στιγμιαίες αναλαμπές του Πραγματικού. Έρχονταν στον κόσμο με σαφές πεπρωμένο να ζήσουν για ελάχιστα μόνο κλάσματα του δευτερολέπτου. Κι ενώ η δεκαετία του ’50 έγερνε στη δύση της, στα εργαστήρια των φυσικών συνέβαινε κάτι προκαλούσε αμηχανία. Δεκάδες, διαφορετικά μεταξύ τους, «έσχατα» αδρόνια άφηναν τα δικά τους μηνύματα στα «Bubble Chambers» των μεγάλων εργαστηρίων. Τόσο πολλά είναι τα στοιχειώδη σωματίδια;

3 Ήταν πια 1964, όταν η σκέψη του Murray Gell-Mann εκείνη του George Zweig καθώς και οι δύο, μέσα από διαφορετικά μονοπάτια, έφθαναν στην ίδια υπόθεση ότι όλα τα αδρόνια του κόσμου συγκροτούνται από ελάχιστα επιτέλους(;) έσχατα σωματίδια. Ο Murray Gell-Mann τα ονόμασε quark. Πίσω από τη φαινομενικά πληθωρική επιδερμίδα της Πραγματικότητας έπρεπε να κρύβεται κάτι πιο απλό. Τα δεκάδες διαφορετικά μεταξύ τους «έσχατα» αδρόνια ίσως δεν ήταν έσχατα αλλά φτιαγμένα από πολύ λιγότερα στοιχειώδη σωματίδια Το όνομα αιφνιδίασε. Μέχρι τότε στα αόρατα αυτά όντα του Μικρόκοσμου είχαμε δώσει ονόματα αντλημένα από τις δύο μεγάλες γλωσσικές δεξαμενές, την ΕΛΛΗΝΙΚΗ και τη ΛΑΤΙΝΙΚΗ.

4 Και ιδού ο Murray Gell-Mann της δεκαετίας του ’60 να αυθαδιάζει στην παράδοση, να αγνοεί τις δύο μεγάλες δεξαμενές και να δανείζεται λέξη από τον James Joyce, τον μεγαλύτερο Ιρλανδό λογοτέχνη του εικοστού αιώνα. Ο Joyce υπήρξε πατέρας δεκάδων λέξεων οι περισσότερες από τις οποίες εξακολουθούν να απουσιάζουν από τα συνήθη λεξικά. Μία από αυτές, η παράξενη λέξη quark, «συναντήθηκε» με τον Gell-Mann όταν εκείνος διάβαζε το Finnegan’s Wake, νουβέλα στην οποία ο Joyce τράβηξε μέχρι τις έσχατες συνέπειες τις γλωσσικές αναζητήσεις του. Η καριέρα της λέξης quark ήταν βέβαια απρόβλεπτη. Θα γινόταν όνομα του έσχατου σωματιδίου.

5 To 1967 η υπόθεση φάνηκε να επαληθεύεται με πειράματα σκέδασης ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΩΝ με ΠΡΩΤΟΝΙΑ τα οποία έγιναν τόσο στον επιταχυντή του STANFORD όσο και στο εργαστήριο του ΜΙΤ Όχι ακριβώς. Ακόμα μεγαλύτερη στήριξη πρόσφεραν τα πειράματα σκέδασης ΠΡΩΤΟΝΙΩΝ - ΝΕΤΡΙΝΩΝ που έγιναν το 1973 στο CERN. Ο καινούργιος τότε θάλαμος φυσαλίδων, η Gargamelle, πρόσφερε πειστικές αποδείξεις για την ορθότητα του μοντέλου. To quark ήταν δηλαδή μία αποκλειστικά αμερικανική υπόθεση ;

6 ήταν αυτό που λέμε σήμερα «τα έξι κουάρκ» ; «Οι διευθύνσεις στις οποίες ανακρούονταν τα ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ έδειχναν ότι ΜΕΣΑ ΣΕ ΚΑΘΕ ΠΡΩΤΟΝΙΟ κρύβονταν τρία μικροσκοπικά κομμάτια ύλης», έγραψε αργότερα ο Richard Feynmann Η ιδέα των κουάρκ φαινόταν να δικαιώνεται όχι... Χρειάστηκαν τριάντα περίπου χρόνια για να φθάσουμε στα έξι κουάρκ

7 Τα χρόνια που ακολούθησαν, τα quark παρέμεναν τρία, όπως τα είχε προτείνει ο Murray Gell-Mann, το up, το down, και το strange. Το 1974 έκανε την εμφάνισή του και το τέταρτο κουάρκ, το charm, το πιο «γοητευτικό» απόλα. Η εμφάνισή του συνδέθηκε με την ανακάλυψη του περίφημου σωματιδίου J/ψ Τον Νοέμβριο του 1974 δύο ομάδες Αμερικανών φυσικών – εκείνη του Brookhaven με επικεφαλής τον Samuel Ting σε πειράματα σκέδασης πρωτονίων και ατομικών πυρήνων και εκείνη του Stanford με επικεφαλής τον Burton Richter σε πειράματα σκέδασης ηλεκτρονίων ποζιτρονίων – ανακοίνωσαν την ανακάλυψη ενός εξαιρετικά ασυνήθιστου σωματιδίου ιδιαιτέρως μακρόβιου αλλά και με εντυπωσιακά μεγάλη μάζα 3,1 ΜeV, τριπλάσια του πρωτονίου. Ο Ting και ο Richter μοιράστηκαν το Nobel του 1976 για την ανακάλυψη του σωματιδίου. Ο Ting του έδωσε το όνομα J, o Richter το βάφτισε ψ ο δεύτερος ψ, γι αυτό και είναι γνωστό με το όνομα J/ψ.

8 Το ερώτημα ήταν «από τι αποτελείται το σωματίδιο J/ψ εφόσον δεν είναι στοιχειώδες ;» Και η απάντηση που δόθηκε ήταν ότι «αποτελείται από κάποιο κουάρκ -που δεν ανήκει στα τότε γνωστά up, down και strange – -και το αντικουάρκ του» Τελικά κυριάρχησε η τολμηρή προσέγγιση ότι «το J/ψ είναι ένας συνδυασμός ενός κουάρκ charm και του αντικουάρκ του»

9 To 1975, τα λεπτόνια ήταν ΤΕΣΣΕΡΑ, όσα και τα κουάρκ. Δύο ακόμα ΚΟΥΑΡΚ έπρεπε να υπάρχουν στο Σύμπαν χωρίς ποτέ οι άνθρωποι να τα έχουν εντοπίσει έπρεπε να ανακαλυφθούν και τα δύο για να αποκατασταθεί η Συμμετρία Όταν όμως, το 1976, έκανε την εμφάνισή του το «βουβάλι» λεπτόνιο τ, συνοδευόμενο από το νετρίνο του, τα λεπτόνια έγιναν έξι και η συμμετρία μεταξύ λεπτονίων και κουάρκ έγινε προβληματική. 6 ΛΕΠΤΟΝΙΑ και 4 ΚΟΥΑΡΚ ήταν ανεπίτρεπτο

10 Και το ένα από αυτά «συνελήφθη» στο FERMILAB σχετικά γρήγορα Το πείραμα ήταν βομβαρδισμός στόχου με δέσμη πρωτονίων υψηλής ενέργειας και οδήγησε στην ανακάλυψη του σωματιδίου upsilon ( ύψιλον ) Ήταν έτος 1977 και ο Leon Lederman έκανε την ανακοίνωση για το b quark – το bottom - με μάζα πέντε φορές περίπου μεγαλύτερη από εκείνη του πρωτονίου. Το ερώτημα των θεωρητικών ήταν ως συνήθως, « από τι αποτελείται το ύψιλον » και δόθηκε μία ακόμα τολμηρή απάντηση...ότι Το ύψιλον συγκροτείται από ένα κουάρκ bottom και ένα antibottom. ήταν η πρώτη - με παγκόσμια απήχηση- επιτυχία του FERMILAB

11 18 χρόνια αργότερα, το έτος δηλαδή 1995, μια ομάδα φυσικών – και πάλι στο FERMILAB – ανακάλυψε και το έκτο κουάρκ, το top. Το πείραμα ήταν συγκρούσεις πρωτονίων – αντιπρωτονίων υψηλής ενέργειας κατά τις οποίες έκανε τη βραχύβια «εμφάνισή της» η «φάλαινα top» H εκπληκτικά μεγάλη μάζα του top βρισκόταν σε συμφωνία με τη θεωρία. Η Συμμετρία είχε αποκατασταθεί. 6 ΛΕΠΤΟΝΙΑ και 6 ΚΟΥΑΡΚ

12 DOWN BOTTOM UP CHARM STRANGE TOP τα 6 Quark 540 176000 1500 5000 360 μάζα ηρεμίας σε ΜeV κι αυτό το top.. Αν θεώρησα βουβάλι το λεπτόνιο τ, αυτό είναι φάλαινα...ΣΤΟΙΧΕΙΏΔΕΣ ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ 200 φορές μεγαλύτερο από το πρωτόνιο !!!. ήταν έτος 1995 όταν έκανε την εμφάνισή του στο πάρτι της Πραγματικότητας που έγινε το πάρτι ; στο εργαστήριο Fermi στο Illinois. Μέχρι τότε υπήρχε στη φαντασία των θεωρητικών στο πάρτι αόρατα πρωτόνια ντοπαρισμένα από τους ερευνητές συγκρούονταν με επίσης ντοπαρισμένα αντιπρωτόνια, τέρατα αντιύλης, και όπως είχαν ελπίσει οι οργανωτές τελικά έκανε την εμφάνισή της -έστω και για ελάχιστες στιγμές – η φάλαινα top

13 ντοπαρισμένα πρωτόνια ; Υποθέτω ότι εννοείς πρωτόνια με μεγάλη κινητική ενέργεια. Αυτό που λένε οι φυσικοί «υψηλής ενέργειας» Πόσο «υψηλής» ; Και που τα βρίσκουν οι φυσικοί τα αόρατα ντοπαρισμένα πρωτόνια ; ; ; ; ; Και τα ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΑ ; Δεν είναι αντιύλη ; Που βρίσκουν αντιπρωτόνια; Θα χρειαστεί μια επίσκεψη στο Fermilab, στη Batavia του Ιλινόις καθώς και υπομονή...

14 ο προεπιταχυντής Cockcroft-Walton προσφέρει το πρώτο στάδιο Μέσα σε αυτόν υπάρχει ιονισμένο υδρογόνο. Τα ιόντα επιταχύνονται από ηλεκτρικό πεδίο σε ενέργεια 750 000 eV. Είναι περίπου 30 φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια της δέσμης ηλεκτρονίων στην τηλεόραση Στη συνέχεια τα αρνητικά ιόντα υδρογόνου εισέρχονται σε έναν γραμμικό επιταχυντή μήκους 150 μέτρων περίπου. Το ηλεκτρικό πεδίο στο εσωτερικό του επιταχύνει τα ιόντα σε ενέργεια 400 ΜeV. Πριν περάσουν στο επόμενο στάδιο τα ιόντα περνούν από φύλλα άνθρακα τα οποία συγκρατούν τα ηλεκτρόνια και αφήνουν να περάσουν μόνο ΠΡΩΤΟΝΙΑ Στο τρίτο στάδιο, ο Booster, βρίσκεται 6 περίπου μέτρα κάτω από το έδαφος. Είναι κυκλικός επιταχυντής που χρησιμοποιεί μαγνήτες για να οδηγήσει τη δέσμη των πρωτονίων σε κυκλικές τροχιές. Κάθε πρωτόνιο ταξιδεύει μέσα στον Booster 20000 στροφές και κάθε φορά δέχεται την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου έτσι που σε κάθε περιστροφή αυξάνεται η ενέργειά του και τελικά αφήνει τον επιταχυντή με ενέργεια 8 GeV Από τα μηδέν eV στα 750 keV Από τα 750 k eV στα 400 MeV Από τα 400 ΜeV στα 8 GeV

15 Ο Main Injector που ολοκληρώθηκε στο 1999 1.επιταχύνει πρωτόνια από 8 GeV σε 150 GeV. 2.Παράγει ΠΡΩΤΟΝΙΑ 120 Ge V που χρησιμοποιούνται για παραγωγή ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΩΝ Στην πηγή ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΩΝ τα ΠΡΩΤΟΝΙΑ των 120 GeV συγκρούονται με στόχους νικελίου. Με τις συγκρούσεις γεννιόνται σωματίδια μεγάλης ποικιλίας ανάμεσα στα οποία και αρκετά ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΑ. Τα αντιπρωτόνια συγκεντρώνονται, εστιάζονται και αποθηκεύονται στον δακτύλιο αποθήκευσης. Όταν συγκεντρωθούν αντιπρωτόνια σημαντικού αριθμού στέλνονται στον Main Injector για να επιταχυνθούν και να μεταβιβαστούν στον Tevatron 3. δέχεται ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΑ από την πηγή αντιπρωτονίων και αυξάνει την ενέργειά τους σε 150 GeV 4. μεταβιβάζει ΠΡΩΤΟΝΙΑ και ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΑ στο Tevatron.

16 το Tevatron είναι σήμερα ο ισχυρότερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο Δέχεται από τον Main Injector ΠΡΩΤΟΝΙΑ και ΑΝΤΙΠΡΩΤΟΝΙΑ ενέργειας 150 GeV και τα επιταχύνει σε 1000 GeV ή 1 TeV. Σε αυτές τις τιμές ενέργειας των πρωτονίων και των αντιπρωτονίων αντιστοιχούν ταχύτητες πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός - μικρότερες μόνο κατά 80 m/s Οι δύο οι δέσμες εκείνη των πρωτονίων και η άλλη των αντιπρωτονίων με αντίθετη κατεύθυνση διασχίζουν η μία την άλλη στο κέντρο ΑΝΙΧΝΕΥΤΩΝ εγκατεστημένων μέσα στο τούνελ του Tevatron, για να δημιουργήσουν έτσι ΚΑΙΝΟΥΡΓΙΑ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ Κάπως έτσι έκανε την εμφάνισή του στον Κόσμο της ανθρώπινης αντίληψης και το top quark.

17 12 στοιχειώδη σωματίδια δηλαδή έξι λεπτόνια και έξι κουάρκ Υποθέτω έχουμε αφήσει έξω τα ΦΩΤΟΝΙΑ αλλά και τα σωματίδια της Αντιύλης Σύμπαν ; = Να κάνουμε τον απολογισμό Πριν καταλήξουμε κάπου θα χρειαστεί να μιλήσουμε και για τις σύγχρονες ΘΕΩΡΙΕΣ Καλός ο μέχρι τώρα απολογισμός αλλά..