Διεθνές Συνέδριο Υψηλών Ενεργειών στο ΕΚΠΑ

Η ΕΕΣΦΥΕ, ιδρυθείσα το 1975 από 27 Έλληνες φυσικούς διεθνούς κύρους, προάγει τη συνεργασία των Ελλήνων επιστημόνων και στοχεύει στην καλλιέργεια επιστημονικής συνείδησης στην ελληνική κοινωνία και Πολιτεία αναδεικνύοντας τη σημασία της θεμελιώδους έρευνας και της τεχνολογίας στο πεδίο της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών (Φ.Υ.Ε.).

Σήμερα, αριθμεί περισσότερους από 300 επιστήμονες και υποψήφιους διδάκτορες, με ενεργή παρουσία σε ερευνητικά κέντρα (όπως το CERN, το Fermilab κ.ά.) καθώς και σε Πανεπιστήμια στην Ελλάδα και στο εξωτερικό (Γαλλία, Ελβετία, ΗΠΑ, Ηνωμένο Βασίλειο, Κορέα). Περισσότερες από 50 ομιλίες ανέδειξαν το ευρύ φάσμα της σύγχρονης έρευνας από θεμελιώδη κοσμολογικά ερωτήματα έως προηγμένες τεχνολογίες που αναπτύσσονται στο πλαίσιο διεθνών επιστημονικών συνεργασιών.

Μελετώντας το Σωματίδιο Higgs

Από τα κεντρικά θέματα του συνεδρίου ήταν νέες μελέτες σχετικά με το σωματίδιο Higgs και της αλληλεπίδρασής του με τον εαυτό του (self-coupling), μιας διαδικασίας σημαντικής τόσο για τη σωματιδιακή φυσική όσο και για την κατανόηση της εξέλιξης του πρώιμου Σύμπαντος. Οι παρουσιάσεις βασίστηκαν σε πρόσφατα δεδομένα από τα πειράματα ATLAS και CMS του επιταχυντή LHC στο CERN.

• Σκοτεινή Ύλη: Το Αθέατο 85% του Σύμπαντος

Σημαντικό μέρος του συνεδρίου αφιερώθηκε στην αναζήτηση της σκοτεινής ύλης η οποία εκτιμάται ότι αποτελεί περίπου το 85% της συνολικής μάζας του Σύμπαντος και παραμένει αόρατη για τα υπάρχοντα μέσα ανίχνευσης. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην έρευνα για υποθετικά σωματίδια μικρής μάζας των οποίων οι αλληλεπιδράσεις με την κανονική ύλη είναι σπάνιες και δύσκολο να καταγραφούν.

Στο πλαίσιο αυτών των προσπαθειών, παρουσιάστηκε ο ανιχνευτής DarkSPHERE (ο τεχνολογικά εξελιγμένος διάδοχος του S140 που ήδη λειτουργεί στο υπέδαφος των γαλλικών Άλπεων). Ο DarkSPHERE βρίσκεται υπό κατασκευή και αναμένεται να εγκατασταθεί στο υπόγειο εργαστήριο Boulby του Ηνωμένου Βασιλείου.

Παρουσιάστηκαν επίσης καινοτόμα πειράματα του υπόγειου εργαστηρίου Yemilab (το οποίο βρίσκεται σε βάθος 1000 μέτρων κάτω από το όρος Yemi στη Νότια Κορέα) που στοχεύουν στη διερεύνηση εξωτικών μορφών σκοτεινής ύλης πέρα από τα καθιερωμένα θεωρητικά πρότυπα (exotic dark matter).

Το πείραμα GRANDE εστιάζει στην ανίχνευση σπάνιων πυρηνικών διεργασιών οι οποίες θα μπορούσαν να αποκαλύψουν την ύπαρξη υποθετικών σωματιδίων όπως τα αξιόνια·ενώ το KAPAE II διερευνά την πιθανή ύπαρξη ενός παράλληλου, κατοπτρικού Σύμπαντος (mirror world) όπου κάθε γνωστό σωματίδιο έχει το «είδωλό» του. Ο κατοπτρικός κόσμος ενδέχεται να επικοινωνεί με τον δικό μας μέσω υποθετικών σωματιδίων, όπως τα σκοτεινά φωτόνια, τα οποία αποτελούν βασικό αντικείμενο μελέτης του KAPAE II.

Νετρίνα: Κυνηγώντας την πιο αινιγματική ύλη

Έντονο ενδιαφέρον συγκέντρωσαν οι έρευνες στον τομέα της φυσικής των νετρίνων (σωματιδίων με απειροελάχιστη μάζα) καθώς αυτά διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο τόσο στη σωματιδιακή φυσική όσο και στην κοσμολογία, με το 2025 να είναι ένα έτος εντυπωσιακής προόδου.

Το διεθνές πείραμα Deep Underground Neutrino Experiment-DUNE που βρίσκεται σε φάση υλοποίησης στο εργαστήριο Fermilab κοντά στο Σικάγο αποσκοπεί στη διερεύνηση θεμελιωδών ερωτημάτων, όπως το γιατί το Σύμπαν αποτελείται κυρίως από ύλη και όχι από αντιύλη. Το πείραμα προβλέπει την αποστολή δέσμης νετρίνων που θα διασχίσει τη Γη σε ευθεία γραμμή καλύπτοντας απόσταση περίπου 1.300 χιλιομέτρων και θα καταλήγει σε υπόγειο ανιχνευτή (σε βάθος περίπου1.5 χιλιομέτρων), στη Νότια Ντακότα.

Σημαντική εξέλιξη στον ίδιο τομέα αποτελούν και οι πρώτες πειραματικές ενδείξεις μιας σπάνιας αλληλεπίδρασης ηλιακών νετρίνων με την ύλη (Coherent Elastic Neutrino-Nucleus Scattering – CeνNS). Αν και η διαδικασία αυτή είχε προβλεφθεί θεωρητικά πριν από περίπου μισό αιώνα, δεν έχει έως σήμερα παρατηρηθεί για νετρίνα προερχόμενα από τον Ήλιο.

Τα πειράματα XENONnT, στο υπόγειο εργαστήριο του Gran Sasso στην Ιταλία, και PandaX-4T, στο βαθύτερο υπόγειο εργαστήριο του κόσμου, Jinping, στην επαρχία Sichuan, της Κίνας (σε βάθος περίπου 2.4 χιλιομέτρων!), έχουν καταγράψει σήματα που ίσως είναι οι πρώτες ενδείξεις αυτής της διεργασίας. Αν τα ευρήματα αυτά επιβεβαιωθούν, θα μπορούσαν να υποδεικνύουν νέες μορφές αλληλεπίδρασης των νετρίνων με την ύλη, με δυνητικά σημαντικές επιπτώσεις στο θεωρητικό μοντέλο που περιγράφει τη Φυσική Υψηλών Ενεργειών.

Κοσμολογία: Σήματα από το Πρώιμο Σύμπαν και θεωρίες Βαρύτητας

Στο πεδίο της Κοσμολογίας, παρουσιάστηκαν οι τελευταίες εξελίξεις στη μελέτη της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου (Cosmic Microwave Background– CMB), του αρχαιότερου σήματος που φτάνει ως εμάς από το Σύμπαν λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

Μεταξύ των πειραμάτων που βρίσκονται στην αιχμή της έρευνας σε αυτόν τον τομέα είναι το CMB-S4 και το QUBIC τα οποία έχουν ως στόχο να «ακούσουν» το αρχέγονο αυτό σήμα του πρώιμου Σύμπαντος μειώνοντας το «θόρυβο» από άλλες πηγές ακτινοβολίας. Και τα δύο πειράματα συνδυάζουν τηλεσκόπια με εξαιρετικά ευαίσθητους ανιχνευτές μικροκυμάτων ώστε να καταγράφουν με ακρίβεια τα πολύ αχνά αυτά σήματα. Το CMB-S4 βρίσκεται υπό σχεδιασμό και θα λειτουργήσει στο Νότιο Πόλο και στην έρημο Atacama της Χιλής ενώ το QUBIC έχει ήδη ξεκινήσει τις πρώτες παρατηρήσεις στις Άνδεις της Αργεντινής.

Στο συνέδριο παρουσιάστηκαν επίσης ενδιαφέρουσες εναλλακτικές θεωρίες βαρύτητας που προσπαθούν να ερμηνεύσουν την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος χωρίς να προϋποθέτουν την ύπαρξη σκοτεινής ενέργειας. Σύμφωνα με αυτά τα μοντέλα, η βαρύτητα συμπεριφέρεται σε πολύ μεγάλες αποστάσεις διαφορετικά από ότι στο Ηλιακό μας Σύστημα και ενδέχεται να είναι η ίδια υπεύθυνη για την παρατηρούμενη επιτάχυνση της διαστολής του Σύμπαντος.

 

Τεχνολογίες Αιχμής

Το συνέδριο ανέδειξε τις τεχνολογικές εξελίξεις που συνοδεύουν τη σύγχρονη έρευνα στη Φ.Υ.Ε. Κεντρική θέση κατείχαν οι τεχνολογίες που αναπτύσσονται για τις αναβαθμίσεις των πειραμάτων ATLAS και CMS, ενόψει της έναρξης λειτουργίας του επιταχυντή High-Luminosity LHC, (HL-LHC) τη δεκαετία του 2030.

Μεταξύ άλλων, παρουσιάστηκαν νέοι «τετραδιάστατοι» ανιχνευτές (4D tracking) οι οποίοι –εκτός από τη χωρική θέση- θα καταγράφουν και τον χρόνο διέλευσης των σωματιδίων μέσα στους ανιχνευτές, με ακρίβεια δεκάδων τρισεκατομμυριοστών του δευτερολέπτου.

Ο μεγάλος όγκος ψηφιακών δεδομένων από τους ανιχνευτές ωθεί τους ερευνητές στη χρήση εργαλείων τεχνητής νοημοσύνης για την ανάλυσή τους. Παρουσιάστηκαν τεχνικές νευρωνικών δικτύων (αλγόριθμοι που εκπαιδεύονται από τα δεδομένα) καθώς και ο αλγόριθμος Artificial Retina, εμπνευσμένος από τον τρόπο που λειτουργεί η ανθρώπινη όραση. Ο τελευταίος βοηθά στον εντοπισμό σπάνιων φαινομένων μέσα σε πολύπλοκα πειραματικά δεδομένα, σχεδόν όπως το ανθρώπινο μάτι μπορεί να διακρίνει μια λεπτομέρεια μέσα σε μια θολή εικόνα.

Οι Νέοι Επιστήμονες στο Προσκήνιο

Ιδιαίτερα ενεργή ήταν –όπως πάντα– η συμμετοχή νέων επιστημόνων και υποψήφιων διδακτόρων με παρουσιάσεις σε ποικίλους τομείς, όπως η συνελικτική παραγωγή σωματιδίων Higgs (μια σπάνια διαδικασία ταυτόχρονης δημιουργίας δύο σωματιδίων Higgs), η εφαρμογή τεχνητής όρασης στην ανάλυση πειραματικών δεδομένων που προαναφέρθηκε, η διερεύνηση κβαντικών μοντέλων που προβλέπουν ότι ο χωροχρόνος, σε κβαντικό επίπεδο, ενδέχεται να αφήνει ίχνη σε πειραματικά δεδομένα καθώς και η υπερβαρύτητα, μια θεωρία που επιχειρεί να ενοποιήσει τη βαρύτητα με τις υπόλοιπες θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.

Η συμβολή της ελληνικής επιστημονικής κοινότητας:  διεθνής στρατηγική έρευνας, μεταφορά τεχνολογίας και διάχυση γνώσης

Στη συνεδρίαση της Ελληνικής Εταιρείας Σπουδών Φυσικής Υψηλών Ενεργειών (ΕΕΣΦΥΕ), συζητήθηκαν κυρίως η συμμετοχή της χώρας μας στο σχεδιασμό της Ευρωπαϊκής Στρατηγικής για τη Φυσική Υψηλών Ενεργειών (European Strategy for Particle Physics) καθώς και οι προσπάθειες διασύνδεσης της έρευνας με τον παραγωγικό τομέα της Ελλάδας.

Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε και στη συμμετοχή της Ελλάδας στη Διεθνή Ομάδα Διάχυσης της Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων (International Particle Physics Outreach Group-IPPOG) η οποία συντονίζει παγκοσμίως δράσεις εκλαΐκευσης της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών. Στο πλαίσιο αυτό, παρουσιάστηκαν και διεθνείς μαθητικές ημερίδες (International Masterclasses) όπου μαθητές -και από την Ελλάδα- έρχονται σε άμεση επαφή με τη διαδικασία της επιστημονικής έρευνας, αναλύοντας πραγματικά πειραματικά δεδομένα από το CERN.

Συμπερασματικά, από το μποζόνιο Higgs και τη σκοτεινή ύλη έως τις θεωρίες βαρύτητας και την τεχνητή νοημοσύνη, το 41ο Ετήσιο Συνέδριο της ΕΕΣΦΥΕ ανέδειξε τη διεθνή δυναμική της ελληνικής επιστημονικής κοινότητας στον τομέα της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών αλλά και τη διπλή σημασία της θεμελιώδους έρευνας, τόσο για την κατανόηση του Σύμπαντος όσο και ως κινητήρια δύναμη τεχνολογικής και κοινωνικής προόδου.