Αλλαξε τον ρου της ανθρώπινης Ιστορίας

Αυτές τις μέρες, βρίσκομαι στο CERN, στη Γενεύη της Ελβετίας. Στις 9 Απριλίου το απόγευμα, φεύγοντας από το ερευνητικό κέντρο για το κέντρο της πόλης, ενώ βρισκόμουν κοντά στο Meyrin Village, ενημερώθηκα τηλεφωνικά ότι ο Peter Higgs «έφυγε»… Στο άκουσμα αυτής της στενάχωρης είδησης θυμήθηκα αυτόματα την ακόλουθη ιστορία. Εντελώς συμπτωματικά, στο ίδιο ακριβώς μέρος, πριν από 50 χρόνια, μου είχε έρθει η ιδέα ότι η ανακάλυψη του μποζονίου Higgs θα είναι το smoking gun για τις Ενοποιημένες Θεωρίες των Ασθενών και Ηλεκτρομαγνητικών Αλληλεπιδράσεων/Δυνάμεων. Είχα μόλις φύγει με το αυτοκίνητό μου από το CERN για τη Γενεύη και στο ίδιο χωριό, το Meyrin, ενώ οδηγούσα, μου καρφώθηκε αυτή η εμπνευσμένη σκέψη στο μυαλό. Τότε, έκανα αναστροφή με το αυτοκίνητο και κατευθύνθηκα πίσω στο CERN, στο γραφείο του στενού μου συνεργάτη John Ellis, φωνάζοντας «Higgs, πρέπει να βρούμε το μποζόνιο του Higgs». Εκείνος με κοιτούσε σαν χαμένος…

Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή.

Προσωπικά, είχα την τύχη να γνωρίσω καλά τον Peter Higgs, μια προσωπικότητα απίθανα χαμηλών τόνων, που απέφευγε επίμονα τη δημοσιότητα και ήθελε να μιλάει μόνο για επιστήμη. Δεν του άρεσαν καθόλου οι φιλοφρονήσεις και τα συναφή. Ετσι λοιπόν, σεβόμενος τη μνήμη του, θα προσπαθήσω να εξηγήσω απλά γιατί ο Peter Higgs έγινε όπως λέμε «household name»…

Στις αρχές τις δεκαετίες του ’60, υπήρχε ένας οργασμός νέων ιδεών στη Φυσική Υψηλών Ενεργειών ή Φυσική των Στοιχειωδών Σωματιδίων. Μεταξύ πολλών επιτυχιών, η προσπάθεια από τον Sheldon Glashow (βραβείο Νομπέλ 1979) να ενοποιήσει τις ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές (Η-Μ) δυνάμεις, κατέστη αδύνατη για έναν συγκεκριμένο λόγο. Ο φορέας των ασθενών δυνάμεων, τα W-bosons, είχαν μάζα, εν αντιθέσει με τον φορέα των Η-Μ δυνάμεων, το γνωστό φωτόνιο γ, που δεν έχει μάζα! Εάν βάζαμε μάζα, για το W-boson, «με το χέρι» ή καλύτερα με το «ζόρι», τότε η θεωρία δεν δούλευε, δηλαδή οι υπολογισμοί δίνανε συνέχεια αποτελέσματα που υπήρχαν άπειρα, δηλαδή «αφύσικα» πράγματα. Η επικρατούσα άποψη τότε ήταν ότι δεν είναι δυνατόν να δώσουμε μάζα στο W-boson και να έχουμε ταυτόχρονα μια σύνθετη θεωρία… Υπήρχαν μάλιστα και τα λεγόμενα «no-go» θεωρήματα.

Ενας νεαρός Εγγλέζος, ονόματι Peter Higgs, αγνόησε την «προπαγάνδα» εναντίον της ενοποίησης και πολύ σύντομα, εν έτει 1964, απέδειξε ότι υπάρχει ένας πολύ ευφυής τρόπος και τα W-boson να πάρουν μάζα και η ενοποιημένη θεωρία να είναι συνεπής, ώστε να μην εμφανίζονται «άπειρα». Δηλαδή πέτυχε και να έχει τον σκύλο χορτάτο και την πίτα ολόκληρη! Ανακάλυψε αυτό που ονομάζουμε spontaneous breakdown of a gauge theory (αυθόρμητο σπάσιμο της θεωρίας βαθμίδος). Δηλαδή αυτό που έλεγαν τα «no-go» θεωρήματα ήταν ότι αν «σπάσεις αυθόρμητα» μια μη θεωρία βαθμίδος, τότε παίρνεις άμαζα σωματίδια, τα λεγόμενα Goldstone bosons, που όμως, όπως απέδειξε ο Peter Higgs, σε μια μεγαλοφυή στιγμή του, σε gauge theories (θεωρίες βαθμίδος), τα άμαζα αυτά σωματίδια απορροφώνται από τα W-bosons και έτσι αποκτούν μάζα!!! Δηλαδή, με έναν σμπάρο, δυο τρυγόνια!

Τα άμαζα σωματίδια που δεν υπάρχουν στη φύση, εξαφανίζονται γιατί απορροφώνται από τα W-bosons και έτσι αποκτούν μάζα και υπάρχουν στη φύση, ανακαλύφθηκαν στο CERN το 1983.

Αυτός είναι ο περίφημος μηχανισμός του Higgs, δηλαδή πώς το αυθόρμητο σπάσιμο μιας θεωρίας βαθμίδος δημιουργεί μάζα στα λεγόμενα gauge bosons (μποζόνια βαθμίδος). Αργότερα, ο Steven Weinberg (βραβείο Νομπέλ 1979), χρησιμοποίησε τον μηχανισμό Higgs και το μοντέλο του Glashow και έδειξε πως και τα φερμιόνια, τα quarks και τα λεπτόνια, παίρνουν μάζα μέσω του μηχανισμού Higgs. Εν συνεχεία, ο Gerard ‘t Hooft (βραβείο Νομπέλ 1999) απέδειξε ότι αυτές οι θεωρίες βαθμίδος που χρησιμοποιούν τον μηχανισμό Higgs, είναι θεωρίες χωρίς «άπειρα», δηλαδή συνεπείς θεωρίες. Ετσι, έχουμε την πρώτη ενοποίηση ασθενών και Η-Μ δυνάμεων, τη λεγόμενη Ηλεκτρο-Ασθενή Αλληλεπίδραση, που μαζί με τη θεωρία των ισχυρών αλληλεπιδράσεων, την Κβαντική Χρωμοδυναμική (QCD) αποτελούν το λεγόμενο σήμερα Standard Model (Καθιερωμένο Πρότυπο) στη Φυσική. Ολα αυτά καθιερώθηκαν μέχρι το 1974.

Ο μηχανισμός του Higgs, έκανε μια πρόβλεψη. Οτι θα πρέπει να υπάρχει ένα νέο σωματίδιο της φύσης, το Higgs boson (μποζόνιο του Higgs). Για κάποιο λόγο, αυτό κάπως είχε μείνει στα «αζήτητα», μέχρι που το 1975, βγήκε από το CERN μια επιστημονική εργασία (paper), γύρω στις 50 σελίδες, στο περιοδικό Nuclear Physics, από τον John Ellis, τη Mary K. Gallard και εμένα, με τίτλο: «Phenomenological Profile of the Higgs Boson»… Αυτή η εργασία ήταν καταλυτική για τις μετέπειτα εξελίξεις, καθώς έστρεψε το ενδιαφέρον και τις προσπάθειες της επιστημονικής κοινότητας προς την ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs. Αποτελεί ιδιαίτερη τιμή για εμένα και την ερευνητική μου ομάδα το γεγονός ότι ο ίδιος ο Higgs αναγνώρισε στην ομιλία του κατά την τελετή απονομής του Nομπέλ Φυσικής το 2013 τη σημασία που είχε εκείνη η εργασία για ό,τι ακολούθησε μετά. Ουσιαστικά, δώσαμε το έναυσμα για περαιτέρω έρευνα αλλά προτείναμε και τον τρόπο ανακάλυψης του σωματιδίου, δηλαδή τη διάσπαση του Higgs boson σε δύο (2) φωτόνια που ακολουθούν αντίθετες κατευθύνσεις (λόγω διατήρησης της ορμής). Αυτή ήταν η αρχή της ανακάλυψης του μποζονίου Higgs, η οποία επιβεβαιώθηκε τελικά με τη συνδρομή ενός μεγάλου αριθμού επιστημόνων και μέσα από μεγάλα πειράματα (CMS, ATLAS) στο LHC στο CERN.

Σήμερα, ο μηχανισμός Higgs, χρησιμοποιείται παντού στις Μεγάλες Ενοποιημένες Θεωρίες (GUTs), στη Θεωρία των Υπερχορδών, στον Κοσμολογικό Πληθωρισμό (Inflation), δηλαδή τη Σύγχρονη Κοσμολογία, κ.ά. Επίσης, η μάζα του μποζονίου Higgs στα 125 GeV, έχει δώσει αφορμή για νέες έρευνες καθώς υποδεικνύει ότι πρέπει να περιμένουμε τα λεγόμενα Supersymmetric (Υπερσυμμετρικά) σωματίδια στο LHC(;). Οψόμεθα… Ας μην ξεχνάμε ότι πήρε περίπου 50 χρόνια από το 1964 που ο Peter Higgs πρότεινε τον περίφημο μηχανισμό του και μοιράστηκε με τον Francois Englert το βραβείο Nομπέλ το 2013. Στη Φυσική Υψηλών Ενεργειών, η πειραματική επιβεβαίωση των θεωρητικών μοντέλων μπορεί να πάρει πολλά χρόνια, αλλά θεωρώ αξίζει τον κόπο γιατί αναγάγει την ανθρώπινη γνώση σε επίπεδα πρωτόγνωρα και συμβάλλει στην κατανόηση του σύμπαντος αλλά και της ίδιας της ύπαρξής μας, δίνοντας απαντήσεις με καθαρά επιστημονικό τρόπο.

Η απώλεια του Peter Higgs, αν και «έφυγε» πλήρης ημερών και τεράστιου επιστημονικού έργου, αφήνει ένα δυσαναπλήρωτο κενό όχι μόνο στην ακαδημαϊκή κοινότητα αλλά και σε ολόκληρη την ανθρωπότητα. Ο Higgs, έχει ήδη περάσει στο πάνθεον των μεγάλων φυσικών που με την πνευματική τους συνεισφορά άλλαξαν τον ρου της ανθρώπινης Ιστορίας και άφησαν πίσω τους μια σημαντική παρακαταθήκη και έναν κόσμο, σε γνώση σίγουρα πλουσιότερο.

Ο Δημήτρης Νανόπουλος είναι τακτικό μέλος της Ακαδημίας Αθηνών, ομότιμος διακεκριμένος καθηγητής Φυσικής Υψηλών Ενεργειών, Texas A&M University