MAZA: ΜΙΑ ΠΑΡΕΞΗΓΗΜΕΝΗ ΕΝΝΟΙΑ! - 1

Ό,τι αντιλαμβανόμαστε γύρω μας, στον έμβιο και άβιο κόσμο,  είναι συνθέσεις ενός πολύ μικρού αριθμού στοιχειωδών δομικών οντοτήτων. Ας φανταστούμε ότι έχουμε στη διάθεσή μας μερικά είδη από τουβλάκια LEGO  και η απαίτηση είναι να δημιουργήσουμε τα άστρα, τους πλανήτες, τον άνθρωπο, το φυτικό και ζωικό βασίλειο. Έχουμε αυτή τη σοφία;

Ποια είναι αυτά τα τουβλάκια LEGO; Είναι το ηλεκτρόνιο, είναι το up-quark, είναι το down-quark, το φωτόνιο, το γλουόνιο, το μποζόνιο, και μερικά άλλα.

Αν συνδυάσουμε τα δύο quarks, θα φτιάξουμε τα πρωτόνια και τα νετρόνια, αν συνδυάσουμε τα πρωτόνια και τα νετρόνια θα φτιάξουμε τους πυρήνες, αν συνδυάσουμε τους πυρήνες με τα ηλεκτρόνια θα φτιάξουμε τα άτομα. Πως κολλάνε καλά αυτά τα τουβλάκια μεταξύ τους για να έχουμε σταθερά άτομα;  Mε στοιχειώδη τουβλάκια - κόλλα, τα γλουόνια, τα μποζόνια, τα φωτόνια! Τα πρωτόνια, τα νετρόνια, τα άτομα είναι σύνθετα και όχι στοιχειώδη σωματίδια. 

Αν συνδυάσουμε τα άτομα θα δημιουργήσουμε   ακόμη και τον άνθρωπο!

Συμβαίνει όμως και αυτό το αδιανόητο: υπάρχουν τουβλάκια, όπως τα φωτόνια, που δεν έχουν μάζα! Και τα υπόλοιπα στοιχειώδη τουβλάκια δεν έχουν την ίδια μάζα, ένα από αυτά μπορεί να έχει χιλιάδες φορές μεγαλύτερη μάζα από ένα άλλο. 

Πως όμως απέκτησαν μάζα ή όχι τα τουβλάκια, ποιος και πως άνισα μοίρασε τη μάζα στα τουβλάκια, ήταν τυχαίος ο τρόπος διανομής της μάζας ή έγινε με σοφία τέτοια ώστε σήμερα να υπάρχουμε, να ζούμε; Τελικά, τι είναι μάζα; Μήπως δεν είναι αυτό που νομίζουμε;  

Πριν λίγες μέρες μας άφησε αυτός που έδωσε απάντηση στα ερωτήματα αυτά, ο Peter Higgs. 

Οι Φυσικοί το 2012 απέδειξαν πειραματικά στο CERN την ύπαρξη του πεδίου Higgs, του πεδίου που έδωσε ή δεν έδωσε μάζα στις στοιχειώδεις οντότητες, στα στοιχειώδη τουβλάκια LEGO. Οι στοιχειώδεις οντότητες, το ηλεκτρόνιο, τα quarks, στην αρχέγονη μορφή τους δεν είχαν μάζα,  ήταν ενεργειακές οντότητες. Τι σημαίνει πεδίο Higgs;

Σημαίνει ότι σε όλο το σύμπαν, παντού, σε κάθε γωνιά του, μέσα μας, υπάρχει "κάτι" , κάτι σαν "ρευστό",  που όταν σε αυτό κολυμπήσουν οι στοιχειώδεις ενεργειακές οντότητες αποκτούν ή όχι αυτό που ονομάζουμε  μάζα. Τότε παίρνουν την οριστική τους μορφή, τότε γίνονται τα στοιχειώδη τουβλάκια LEGO που ο συνδυασμός τους δημιουργεί τον Κόσμο. 

Πριν κολυμπήσει το ηλεκτρόνιο στο πεδίο Higgs ήταν μια ενεργειακή οντότητα, δεν είχε μάζα, ήταν άχρηστο, αν έμενε σε αυτή τη μορφή δεν θα υπήρχε Χημεία, δεν θα υπήρχε ζωή. Μετά το κολύμπι του αποκτά την οριστική έννοια του στοιχειώδους σωματιδίου όπως μας είναι γνωστό, γίνεται ένα δομικό για την έμβια και άβια ζωή τουβλάκι LEGO.  Συνεπώς, ο Higgs ερμήνευσε μια από τις προυποθέσεις για την ύπαρξη ζωής. 

Το πεδίο Higgs δεν δίνει μάζα στα σώματα, δεν είναι αυτό που δίνει σε εμάς  τη μάζα μας. Δεν δίνει ούτε στα πρωτόνια, τα νετρόνια, τα άτομα. Το πεδίο Higgs δίνει μάζα μόνο στα στοιχειώδη σωματιδία - στα στοιχεώδη τουβλάκια LEGO. 

Ένα σημείο που είναι απροσδόκητο είναι το  ότι δεν υπάρχει κενό πουθενά στο σύμπαν!  Γιατί παντού υπάρχει το πεδίο Higgs. Υπάρχουν και πολλά άλλα που συνηγορούν στο ότι δεν υπάρχει κενό. Δεν υπάρχει κάπου χώρος που δεν υπάρχει τίποτα!

To πιο ενδιαφέρον σημείο ίσως είναι γιατί το κάθε στοιχειώδες σωματίδιο - τουβλάκι αποκτά διαφορετική μάζα καθώς κολυμπούν μέσα στο πανταχού παρών πεδίο Higgs. Αιτία είναι ότι διαφοροποιείται ο βαθμός αλληλεπίδρασης - σύζευξης κάθε στοιχειώδους σωματιδίου με το πεδίο Higgs, οσο μεγαλύτερη είναι η αλληλεπίδραση - σύζευξη τόσο μεγαλύτερη μάζα δίνει το πεδίο Higgs. 

Το άρωμα, απλώς άρωμα, της διαφοροποίησης της αλληλεπίδρασης δίνει η ακόλουθη περιγραφή. Ας φανταστούμε ότι γίνεται μια δεξίωση προς τιμή μιας Διασημότητας. Οι καλεσμένοι έχουν γεμίσει την αίθουσα, περιμένουν τον τιμώμενο, απολαμβάνοντας το ποτό τους. Αυτοί, οι καλεσμένοι, είναι το πεδίο Higgs.

Ας φανταστούμε ότι ένας τεχνικός του ήχου μπαίνει στην αίθουσα, τη διασχίζει χωρίς κανείς να τον απασχολήσει, χωρίς κανείς να του μιλήσει, να τον χαιρετίσει. Η αλληλεπίδρασή του με τους καλεσμένους - το πεδίο Higgs είναι μηδέν.  Το φωτόνιο είναι ένας τέτοιος Τεχνικός! Το πεδίο Higgs το αγνοεί, δεν αλληλεπιδρά με αυτό, δεν του δίνει μάζα.  Και πως θα ζήσει το φωτόνιο χωρίς μάζα;  Ένας τρόπος υπάρχει! Να κινείται με την ταχύτητα του φωτός, τη μεγαλύτερη δυνατή κοσμική ταχύτητα, που είναι τέτοια ώστε να μπορεί σε ένα δευτερόλεπτο να γυρίσει 8 φορές γύρω από τον ισημερινό της γης.  

Ας φανταστούμε τώρα ότι μπαίνει στην αίθουσα η διάσημη τιμώμενη. Με την είσοδό της, περικυκλώνεται από καλεσμένους, θέλουν να την χαιρετήσουν, να της πουν δύο λόγια, να φωτογραφηθούν μαζί της για να ανεβάσουν τη φωτογραφία στο Facebook!. Οι θαυμαστές "κολλάνε" πάνω της!  Καθώς προχωρά με δυσκολία μερικοί θαυμαστές φεύγουν νέοι "κολλάνε" πάνω της. Η ενεργός μάζα της διάσημης έχει μεγαλώσει. Η έντονη αλληλεπίδραση σύζευξη των θαυμαστών με την ντίβα είναι σαν να της έδωσε μάζα!

Το ηλεκτρόνιο αλληλεπιδρά ελάχιστα με το πεδίο Higgs, συναντά μικρή αντίσταση όταν κολυμπά στο πεδίο Higgs, όπως μικρή αντίσταση βρίσκει όταν κολυμπά ο ξιφίας, λόγω του ρύγχους του και του αεροδυναμικού του σχήματος, στη θάλλασα, με αποτέλεσμα να τρέχει με τα χύτητα 100 χιλιόμετρα την ώρα. Έτσι το ηλεκτρόνιο έχει μικρή μάζα,  το up-quark αλληλεπιδρά λίγο πιο πολύ, έχει μεγαλύτερη μάζα, τo down-quark ακόμη πιο πολύ, παίρνει περισσότερη μάζα, το μποζόνιο αλληλεπιδρά πάρα πολύ έντονα, είναι μια ντίβα, παίρνει χιλιάδες φορές μεγαλύτερη μάζα σε σύγκριση με το ηλεκτρόνιο. 

Ας θυμηθούμε και πάλι ότι το πεδίο Higgs είναι αυτό που έδωσε μάζα στα ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ, στο ηλεκτρόνιο, τα quarks, τα μποζόνια,  και μόνο σε αυτά. Είναι λογικό να σκεφτούμε ότι η μάζα του σώματος μας είναι το άθροισμα των μαζών αυτών των στοιχειωδών σωματιδίων που βρίσκονται στα άτομα που το δομούν. Χαρακτηριστικά, το πρωτόνιο αποτελείται από τρία quarks. Είναι λογικό να σκεφτούμε ότι η μάζα του πρωτονίου είναι το άθοισμα των μαζών που πήραν από το πεδίο Higgs τα τρία quarks. Σπάνια στη σύχρονη φυσική η ανθρώπινη λογική ταυτίζεται με τη δική της. Στη μάζα του πρωτονίου το άθροισμα των μαζών των quarks συμμετέχει μόνο κατά 1%! Η μάζα που δίνει το πεδίο Higgs στα στοιχειώδη σωματίδια του σώματός μας είναι ένα ελάχιστο ποσοστό, 5%, της μάζας του σώματός μας. Αν η μάζα μας ήταν η μάζα Higgs, ένας άνθρωπος που έχει μάζα 100 κιλά θα ήταν 5 κιλά! Απίστευτο!

Τι είναι λοιπόν μάζα; Στην απάντηση εκτός του Higgs πρέπει να λάβει μέρος και ο Einstein!  H συμμετοχή του σε επόμενη ανάρτηση.