Η σύνδεση σωματιδίου Χιγκς με τη βαρύτητα μπορεί να αφήσει ίχνη σε λευκούς νάνους

Μάζα και βαρύτητα είναι στενά συνδεδεμένες, έτσι είναι εύλογο η σχέση μεταξύ του μποζονίου Higgs (και, κατ' επέκταση του "πεδίου Higgs") και η βαρύτητα να είναι εξίσου θεμελιώδης. Τώρα οι αστρονόμοι ψάχνουν τα αστέρια για να δοκιμάσουν πραγματικά ακόμα και τις πιο μικρές λεπτομέρειες της σχέσης αυτής.

Μία νέα έρευνα που δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό the Astrophysical Journal πραγματεύεται τη σύνδεση του σωματιδίου Χιγκς με τη βαρύτητα, μία πιθανότητα που θα αποτελούσε επέκταση των καθιερωμένων θεωριών για τη φύση.

Εάν όντως το μποζόνιο Χιγκς συνδέεται με την κύρτωση του χωροχρόνου η οποία με τη σειρά της εξηγεί την ύπαρξη της βαρύτητας, τότε μερικά από τα πρώτα μέρη που θα σκεφτόταν να ερευνήσει κανείς θα ήταν οι μαύρες τρύπες ή οι πυρήνες των γαλαξιών, μέρη δηλαδή με έντονη βαρύτητα και υψηλές ενέργειες.


Η κατεύθυνση ωστόσο που ακολούθησαν ο Ρομπέρτο Ονόφριο από το πανεπιστήμιο της Πάντοβα και ο Γκάρι Γουέγκνερ από το Κολλέγιο Ντάρτμουθ ήταν διαφορετική, προτείνοντας πως το ιδανικό μέρος για διαπιστώσει κανείς τη σύνδεση θα ήταν στο εσωτερικό ενός άστρου και συγκεκριμένα σε ένα λευκό νάνο.


Οι λευκοί νάνοι είναι το τελευταίο στάδιο στη ζωή ενός μικρού ή και μεσαίου μεγέθους άστρου, όπως για παράδειγμα ο Ήλιος, ο οποίος προβλέπεται πως θα μετατραπεί σε λευκό νάνο σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια.          

Το πλεονέκτημα των αντικειμένων αυτών είναι πως στο φάσμα της ακτινοβολίας τους είναι διακριτές και οι ατομικές αλλά και οι μοριακές γραμμές, τα μήκη κύματος δηλαδή της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας, που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένα άτομα και μόρια της σύνθεσής τους. 

Εάν το Χιγκς σχετίζεται με κάποιον τρόπο με τη βαρύτητα, αναμένεται να επηρεάζει με έναν προκαθορισμένο τρόπο τη συμπεριφορά των φασματικών γραμμών ενός λευκού νάνου που αντιστοιχούν σε άτομα και όχι αυτή των μορίων, δίνοντας τη δυνατότητα στους ερευνητές να εξετάσουν τη θεωρία τους.


Οι λευκοί νάνοι περιέχουν μεγάλες ποσότητες άνθρακα και εκπέμπουν ένα ξεχωριστό φάσμα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που περιλαμβάνει δονητικά φάσματα (ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται από μεταβάσεις μεταξύ καταστάσεων δόνησης των μορίων), καθώς και vibronic μεταβάσεις μεταξύ ηλεκτρονικών καταστάσεων ( μεταβάσεις των ηλεκτρονίων από μία ενεργειακή κατάσταση σε μία άλλη μέσα στα άτομα που συγκροτούν τα μόρια). 


Υπό την παρουσία μιας σύζευξης του πεδίου Higgs και της χωροχρονικής καμπυλότητας (βαρυτικό πεδίο), τα δονητικά επίπεδα των μορίων, τα οποία είναι ανάλογα προς τη μάζα των νουκλεονίων, πρέπει να μείνουν σταθερά. Εντούτοις, τα ηλεκτρονικά επίπεδα ενέργειας, τα οποία είναι ανάλογα προς τη μάζα ηλεκτρονίων, πρέπει να μετατοπιστούν.


Ο λόγος για τον οποίο η σύζευξη επηρεάζει μόνο τις ατομικές γραμμές είναι λόγω των διαφορετικών προελεύσεων της μάζας των ηλεκτρονίων και των μαζών των πρωτονίων και των νετρονίων (νουκλεόνια). Η περισσότερη από τη μάζα των νουκλεονίων του πυρήνα των ατόμων, προκύπτει από άμαζα (χωρίς μάζα) πεδία γλουονίων (gluonic fields). Όντας άμαζα, δεν αλληλεπιδρούν με το πεδίο Higgs. 


Οι μοριακές μεταβάσεις που εξαρτώνται μόνο από την μάζα των πυρήνων των ατόμων του μορίου, ως εκ τούτου, δεν επηρεάζονται από τη σύζευξη του πεδίου Higgs και της χωροχρονικής καμπυλότητας (βαρύτητα). Σε αντίθεση, η σύζευξη του πεδίου Higgs και της χωροχρονικής καμπυλότητας επηρεάζει τη μάζα των ηλεκτρονίων και άλλων φερμιονίων αλλάζοντας τις αδρανειακές μάζες αυτών των σωματιδίων.


«Νομίζω πως η εργασία μας συνίσταται στη δημιουργία μίας κοινής γλώσσας μεταξύ μικροφυσικής και μακροφυσικής», εξηγεί ο Ονόφριο. «Μέχρι σήμερα είχαν ερευνηθεί οι επιδράσεις του πεδίου Χιγκς στο μικρόκοσμο, στη λεγόμενη κλίμακα Φέρμι (10-18) και της βαρύτητας σε πολύ μεγαλύτερες κλίμακες σε μέγεθος και μάζα, έστω και εάν και τα δύο έχουν σχετίζονται άμεσα με το θέμα της μάζας και το ρόλο που διαδραματίζει στη σωματιδιακή φυσική», συμπλήρωσε.

Η κατανόηση του φαινομένου, εάν υπάρχει, θα είχε σημαντικές συνέπειες στη φυσική καθώς θα επηρέαζε ένα πλήθος από κλάδους όπως για παράδειγμα αυτόν της κοσμολογίας, όπου ήδη ερευνάται η πιθανότητα της σύνδεσης του πεδίου Χιγκς με το πεδίο πληθωρισμού που προκάλεσε την εκθετική διαστολή του Σύμπαντος τις πρώτες στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη ή τη διερεύνηση του ρόλου που μπορεί να έχει το πεδίο Χιγκς στην επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος σήμερα.

Στο μέλλον η βελτίωση των τεχνικών φασματικής παρατήρησης λευκών νάνων και αστέρων νετρονίων σε συνδυασμό με τα συμπεράσματα της συγκεκριμένης έρευνας ίσως μπορέσει να δώσει περισσότερες απαντήσεις σχετικά με αυτά τα ζητήματα.


Μετάφραση από phys.org

thecuriosityofcat 

0 σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου