Δύο δέσμες πρωτονίων στρέφονται στην περίμετρο της σήραγγας των 27 χιλιομέτρων του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων κάτω από τα γαλλο-ελβετικά σύνορα. Τα πρωτόνια που κινούνται δεξιόστροφα συγκρούονται με εκείνα που κινήθηκαν προς τα αριστερά, ενώ οι συγκρούσεις που λαμβάνουν χώρα ανιχνεύονται από τεράστιους ανιχνευτές. Οι επιστήμονες που εργάζονται σε δύο από αυτούς τους ανιχνευτές έχουν καταστήσει άμεση προτεραιότητά τους να βρουν το περίφημο σωματίδιο Higgs και, προς το τέλος του περασμένου έτους, δόθηκε στη δημοσιότητα η πρώτη, δοκιμαστική, απόδειξη της ύπαρξης του σωματιδίου.
Τον επόμενο μήνα, σε ένα διεθνές συνέδριο στην Αυστραλία, μπορούμε να περιμένουμε να ακούσουμε τα τελευταία νέα σχετικά με αυτό το κυνήγι. Το φλέγον ζήτημα είναι αν, με περισσότερα δεδομένα, τα πειραματικά στοιχεία θα ενισχυθούν ή θα αποδυναμωθούν. Γιατί λοιπόν πρέπει να συνεχίσουμε να περιμένουμε;
Όταν δύο πρωτόνια συντρίβονται το ένα πάνω στο άλλο, παράγουν εκατοντάδες περισσότερα σωματίδια που διαδίδονται σαν ένας πίδακας προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι τεράστιοι ανιχνευτές έχουν σχεδιαστεί για να συλλάβουν τα συντρίμμια και να παρέχουν ένα στιγμιότυπο αυτής της σύγκρουσης.
Η πρόκληση για τους φυσικούς είναι να συλλάβουμε το νόημα αυτών των στιγμιοτύπων. Βεβαίως προκύπτουν μπερδέματα, επειδή δεν ξέρουμε τι πρόκειται να συμβεί σε κάθε μεμονωμένη σύγκρουση. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μόνο τις θεωρίες μας για να προβλέψουμε τις πιθανότητες να συμβεί κάποιο συγκεκριμένο γεγονός. Οι συγκρούσεις συμβαίνουν με ένα άγρια ρυθμό (σχεδόν 1 δισ. ανά δευτερόλεπτο), αλλά ακόμη και τότε μπορούμε να περιμένουμε πάνω από μια ώρα για ένα απλό σωματίδιο Higgs για να παραχθεί ένα χαρακτηριστικό μοτίβο σωματιδίων στους ανιχνευτές.
Το πρόβλημα είναι ότι το μοτίβο δεν είναι αρκετά διακριτικό – οι ανιχνευτές δεν ανάβουν κανένα φως για να διακηρύξουν την άφιξη ενός σωματιδίου Higgs. Αντιθέτως, έχουμε να αντιμετωπίσουμε το γεγονός ότι αυτές οι πολυπληθείς συγκρούσεις χωρίς Higgs μπορούν, ομοίως, να οδηγήσουν σε ένα μοτίβο στους ανιχνευτές που να μοιάζει με μία σύγκρουση Higgs και οι “προσποιήσεις” για ένα Higgs είναι πιθανό να ξεπερνούν κατά πολύ το αληθινό κατά έναν παράγοντα 20. Εκ πρώτης όψεως, η κατάσταση φαίνεται απελπιστική, αλλά ο χρόνος είναι με το μέρος μας.
Φανταστείτε να πετάξετε ένα κέρμα πέντε φορές. Δεν θα ήταν μεγάλη έκπληξη να πάρετε τέσσερα κεφάλια, αλλά, μετά από 500 ρίψεις θα ήταν σωστό να πούμε ότι υπάρχει κάποιο “πείραγμα’ στο κέρμα αν ήρθαν κεφάλια 400 φορές. Αυτό είναι ένα παράδειγμα του γενικού κανόνα στις στατιστικές: η τυχαιότητα σε ένα μεγάλο αριθμό φαινομένων δεν υπάρχει, όπως μπορεί να συμβαίνει σε ένα μικρό αριθμό εκδηλώσεων.
Στο κυνήγι για το μποζόνιο Higgs, μπορούμε να επωφεληθούμε από αυτό το στατιστικό αποτέλεσμα εκτελώντας ένα μεγάλο αριθμό συγκρούσεων, διότι, αν το σωματίδιο Higgs υπάρχει, γίνεται όλο και πιο απίθανο να μπερδέψεις ένα Higgs και να το αποδώσεις σε ένα μη Higgs ή το ανάποδο. Οι επιστήμονες του CERN είναι σε θέση να κάνουν στατιστική ανάλυση σχετικά με το πόσο απίθανο είναι να υπάρχουν απομιμήσεις. Όταν αυτός ο αριθμός είναι αρκετά μικρός, τότε θα κάνουν μια δήλωση προς αυτήν την κατεύθυνση: "Βλέπουμε μοτίβα στον ανιχνευτή μας, που μοιάζουν σαν να έγιναν από ένα σωματίδιο Higgs και τα οποία εμφανίζονται πολύ συχνά ώστε να μπορούν να εξηγηθούν από ένα μη Higgs. Συγκεκριμένα, η πιθανότητα ότι μια μη Higgs υπόθεση μπορεί να εξηγήσει τα δεδομένα μας είναι μικρότερη από 0,00003%. "
Ο αριθμός αυτός επελέγη επειδή είναι τόσο μικρός που κάθε λογικός άνθρωπος θα πρέπει να πειστεί ότι, κατά πάσα πιθανότητα, κάτι ενδιαφέρον συμβαίνει (αυτή η πιθανότητα είναι σαν να έρχονται 20 κεφάλια στη σειρά). Αυτός είναι ο λόγος που η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs είναι ένα παιχνίδι αναμονής. Ευτυχώς, με συγκρούσεις που συμβαίνουν στον εκθαμβωτικό ρυθμό 1 δισ. συγκρούσεις πρωτονίων ανά δευτερόλεπτο, η γραμμή του τέλους είναι τώρα ορατή.
Οι επιστήμονες του Cern το μόνο που θα κάνουν είναι να δώσουν ένα νούμερο σχετικά με την πιθανότητα μια θεωρία να μπορεί (ή να μην μπορεί) να εξηγήσει τα δεδομένα τους και, κατά μία έννοια, αυτό είναι το μόνο που θα κάνουν. Δεν θα κάνουν οριστικές δηλώσεις – θα πρέπει να αναφέρουν μόνο τις πιθανότητες. Τούτο δεν είναι κάτι περίεργο στην φυσική των σωματιδίων στον LHC. Τα καλά πειράματα μας επιτρέπουν να βγάλουμε το συμπέρασμα ότι μια θεωρία είναι σχετική με αυτά ή είναι απίθανο να είναι σωστή και οι καλές θεωρίες είναι εκείνες που επιβιώνουν, τουλάχιστον μέχρι το επόμενο πείραμα.
Οι καλές θεωρίες επίσης είναι σε θέση να προβλέψουν νέα πράγματα – πράγματα που μπορούν να δοκιμαστούν σε νέα πειράματα.
Αν υπάρχει ένα πράγμα που η επιστήμη μας έχει διδάξει, είναι το πόσο δύσκολο είναι να ξέρουμε κάτι με βεβαιότητα. Χωρίς την άγκυρα του πειράματος, είναι πολύ εύκολο να παρασυρθούμε από μια ιδέα και να αναπτύξουμε την αίσθηση ότι την κατανοούμε, αν και δεν υπάρχει πραγματικά. Η πραγματική επιστήμη είναι μια ταπεινή εμπειρία. Είναι κοινός τόπος η διαπίστωση ότι μια κομψή θεωρία αδυνατεί να περιγράψει τα δεδομένα και, σύμφωνα με τα λόγια του Ρίτσαρντ Φάινμαν, δεν έχει σημασία πόσο όμορφη είναι η θεωρία σου, πόσο έξυπνοι είστε ή ποιό είναι το όνομά σας – αν αυτή η θεωρία δεν συμφωνεί με τα δεδομένα, τότε είναι λάθος.
Να κάνουμε λάθη είναι μέρος της καλής επιστήμης και την καθιστά ακόμη πιο καλή όταν η θεωρία και το πείραμα δεν συμφωνούν τελικά μεταξύ τους.
Τον επόμενο μήνα, σε ένα διεθνές συνέδριο στην Αυστραλία, μπορούμε να περιμένουμε να ακούσουμε τα τελευταία νέα σχετικά με αυτό το κυνήγι. Το φλέγον ζήτημα είναι αν, με περισσότερα δεδομένα, τα πειραματικά στοιχεία θα ενισχυθούν ή θα αποδυναμωθούν. Γιατί λοιπόν πρέπει να συνεχίσουμε να περιμένουμε;
Όταν δύο πρωτόνια συντρίβονται το ένα πάνω στο άλλο, παράγουν εκατοντάδες περισσότερα σωματίδια που διαδίδονται σαν ένας πίδακας προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι τεράστιοι ανιχνευτές έχουν σχεδιαστεί για να συλλάβουν τα συντρίμμια και να παρέχουν ένα στιγμιότυπο αυτής της σύγκρουσης.
Η πρόκληση για τους φυσικούς είναι να συλλάβουμε το νόημα αυτών των στιγμιοτύπων. Βεβαίως προκύπτουν μπερδέματα, επειδή δεν ξέρουμε τι πρόκειται να συμβεί σε κάθε μεμονωμένη σύγκρουση. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μόνο τις θεωρίες μας για να προβλέψουμε τις πιθανότητες να συμβεί κάποιο συγκεκριμένο γεγονός. Οι συγκρούσεις συμβαίνουν με ένα άγρια ρυθμό (σχεδόν 1 δισ. ανά δευτερόλεπτο), αλλά ακόμη και τότε μπορούμε να περιμένουμε πάνω από μια ώρα για ένα απλό σωματίδιο Higgs για να παραχθεί ένα χαρακτηριστικό μοτίβο σωματιδίων στους ανιχνευτές.
Το πρόβλημα είναι ότι το μοτίβο δεν είναι αρκετά διακριτικό – οι ανιχνευτές δεν ανάβουν κανένα φως για να διακηρύξουν την άφιξη ενός σωματιδίου Higgs. Αντιθέτως, έχουμε να αντιμετωπίσουμε το γεγονός ότι αυτές οι πολυπληθείς συγκρούσεις χωρίς Higgs μπορούν, ομοίως, να οδηγήσουν σε ένα μοτίβο στους ανιχνευτές που να μοιάζει με μία σύγκρουση Higgs και οι “προσποιήσεις” για ένα Higgs είναι πιθανό να ξεπερνούν κατά πολύ το αληθινό κατά έναν παράγοντα 20. Εκ πρώτης όψεως, η κατάσταση φαίνεται απελπιστική, αλλά ο χρόνος είναι με το μέρος μας.
Φανταστείτε να πετάξετε ένα κέρμα πέντε φορές. Δεν θα ήταν μεγάλη έκπληξη να πάρετε τέσσερα κεφάλια, αλλά, μετά από 500 ρίψεις θα ήταν σωστό να πούμε ότι υπάρχει κάποιο “πείραγμα’ στο κέρμα αν ήρθαν κεφάλια 400 φορές. Αυτό είναι ένα παράδειγμα του γενικού κανόνα στις στατιστικές: η τυχαιότητα σε ένα μεγάλο αριθμό φαινομένων δεν υπάρχει, όπως μπορεί να συμβαίνει σε ένα μικρό αριθμό εκδηλώσεων.
Στο κυνήγι για το μποζόνιο Higgs, μπορούμε να επωφεληθούμε από αυτό το στατιστικό αποτέλεσμα εκτελώντας ένα μεγάλο αριθμό συγκρούσεων, διότι, αν το σωματίδιο Higgs υπάρχει, γίνεται όλο και πιο απίθανο να μπερδέψεις ένα Higgs και να το αποδώσεις σε ένα μη Higgs ή το ανάποδο. Οι επιστήμονες του CERN είναι σε θέση να κάνουν στατιστική ανάλυση σχετικά με το πόσο απίθανο είναι να υπάρχουν απομιμήσεις. Όταν αυτός ο αριθμός είναι αρκετά μικρός, τότε θα κάνουν μια δήλωση προς αυτήν την κατεύθυνση: "Βλέπουμε μοτίβα στον ανιχνευτή μας, που μοιάζουν σαν να έγιναν από ένα σωματίδιο Higgs και τα οποία εμφανίζονται πολύ συχνά ώστε να μπορούν να εξηγηθούν από ένα μη Higgs. Συγκεκριμένα, η πιθανότητα ότι μια μη Higgs υπόθεση μπορεί να εξηγήσει τα δεδομένα μας είναι μικρότερη από 0,00003%. "
Ο αριθμός αυτός επελέγη επειδή είναι τόσο μικρός που κάθε λογικός άνθρωπος θα πρέπει να πειστεί ότι, κατά πάσα πιθανότητα, κάτι ενδιαφέρον συμβαίνει (αυτή η πιθανότητα είναι σαν να έρχονται 20 κεφάλια στη σειρά). Αυτός είναι ο λόγος που η ανακάλυψη του σωματιδίου Higgs είναι ένα παιχνίδι αναμονής. Ευτυχώς, με συγκρούσεις που συμβαίνουν στον εκθαμβωτικό ρυθμό 1 δισ. συγκρούσεις πρωτονίων ανά δευτερόλεπτο, η γραμμή του τέλους είναι τώρα ορατή.
Οι επιστήμονες του Cern το μόνο που θα κάνουν είναι να δώσουν ένα νούμερο σχετικά με την πιθανότητα μια θεωρία να μπορεί (ή να μην μπορεί) να εξηγήσει τα δεδομένα τους και, κατά μία έννοια, αυτό είναι το μόνο που θα κάνουν. Δεν θα κάνουν οριστικές δηλώσεις – θα πρέπει να αναφέρουν μόνο τις πιθανότητες. Τούτο δεν είναι κάτι περίεργο στην φυσική των σωματιδίων στον LHC. Τα καλά πειράματα μας επιτρέπουν να βγάλουμε το συμπέρασμα ότι μια θεωρία είναι σχετική με αυτά ή είναι απίθανο να είναι σωστή και οι καλές θεωρίες είναι εκείνες που επιβιώνουν, τουλάχιστον μέχρι το επόμενο πείραμα.
Οι καλές θεωρίες επίσης είναι σε θέση να προβλέψουν νέα πράγματα – πράγματα που μπορούν να δοκιμαστούν σε νέα πειράματα.
Αν υπάρχει ένα πράγμα που η επιστήμη μας έχει διδάξει, είναι το πόσο δύσκολο είναι να ξέρουμε κάτι με βεβαιότητα. Χωρίς την άγκυρα του πειράματος, είναι πολύ εύκολο να παρασυρθούμε από μια ιδέα και να αναπτύξουμε την αίσθηση ότι την κατανοούμε, αν και δεν υπάρχει πραγματικά. Η πραγματική επιστήμη είναι μια ταπεινή εμπειρία. Είναι κοινός τόπος η διαπίστωση ότι μια κομψή θεωρία αδυνατεί να περιγράψει τα δεδομένα και, σύμφωνα με τα λόγια του Ρίτσαρντ Φάινμαν, δεν έχει σημασία πόσο όμορφη είναι η θεωρία σου, πόσο έξυπνοι είστε ή ποιό είναι το όνομά σας – αν αυτή η θεωρία δεν συμφωνεί με τα δεδομένα, τότε είναι λάθος.
Να κάνουμε λάθη είναι μέρος της καλής επιστήμης και την καθιστά ακόμη πιο καλή όταν η θεωρία και το πείραμα δεν συμφωνούν τελικά μεταξύ τους.
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου
ΕΠΙΣΗΜΑΝΣΗ
Ορισμένα αναρτώμενα από το διαδίκτυο κείμενα ή εικόνες (με σχετική σημείωση της πηγής), θεωρούμε ότι είναι δημόσια. Αν υπάρχουν δικαιώματα συγγραφέων, παρακαλούμε ενημερώστε μας για να τα αφαιρέσουμε. Επίσης σημειώνεται ότι οι απόψεις του ιστολόγιου μπορεί να μην συμπίπτουν με τα περιεχόμενα του άρθρου. Για τα άρθρα που δημοσιεύονται εδώ, ουδεμία ευθύνη εκ του νόμου φέρουμε καθώς απηχούν αποκλειστικά τις απόψεις των συντακτών τους και δεν δεσμεύουν καθ’ οιονδήποτε τρόπο το ιστολόγιο.
Σημείωση: Μόνο ένα μέλος αυτού του ιστολογίου μπορεί να αναρτήσει σχόλιο.