Νετρίνα, φως και ύλη

Γράφει ο Κώστας Βαγενάς*

Στο τεύχος του Δεκεμβρίου 2022 του έγκριτου επιστημονικού περιοδικού Axioms δημοσιεύτηκε η ερευνητική εργασία με τίτλο «Υπολογισμός της μάζας του Δευτερίου και ενοποίηση των Βαρυτικών, Ισχυρών και Πυρηνικών Δυνάμεων με το μοντέλο των περιστρεφομένων νετρίνων» με συγγραφείς τους Κώστα Βαγενά (Ακαδημία Αθηνών και Π. Πατρών), Διονύση Τσούση (Stanford University και Π. Πατρών), Δημήτρη Γρηγορίου (Π. Πατρών), Ηλία Αϋφαντή (ΑΠΘ, Michigan Technological Institute και Friedrich-Alexander University) και Κώστα Παρίση (ΑΠΘ).

Θεμελιακά σωματίδια και δυνάμεις

Το ερώτημα του αριθμού των ειδών των θεμελιακών (άτμητων) σωματιδίων του σύμπαντος ανάγεται στα χρόνια του Δημόκριτου, που πρώτος εισήγαγε τον όρο «άτομο». Η ιδέα του ατόμου επανήλθε στις αρχές του 20ού αιώνα και σταδιακά άρχισαν να θεωρούνται ως θεμελιακά σωματίδια τα συστατικά του ατόμου, δηλαδή τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα περιστρεφόμενα ηλεκτρόνια.

Σήμερα, στο πλαίσιο του καθιερωμένου προτύπου (Standard model, SM) θεμελιακά σωματίδια θεωρούνται, εκτός από τα ηλεκτρόνια/ποζιτρόνια (αντισωμάτια των ηλεκτρονίων), και τα κουάρκς (quarks), τα οποία quarks συνθέτουν τα βασικά συστατικά των πυρήνων, δηλαδή τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Επανάσταση στο θέμα των θεμελιακών σωματιδίων έφερε η εικασία (Pauli, 1937) για την ύπαρξη αγνώστων σωματιδίων πολύ μικρής μάζας και η πειραματική ανακάλυψη (Reines and Cowan, 1952) των νετρίνων, που είναι τα πολυπληθέστερα σωματίδια του σύμπαντος και έχουν  χιλιάδες δισεκατομμύρια φορές μικρότερη μάζα από τα νετρόνια και τα πρωτόνια.

Παράλληλα με την αναζήτηση των θεμελιακών σωματιδίων, η συνένωση των Δυνάμεων αποτελούσε ανέκαθεν μια πρόκληση για τους Φυσικούς. Ηδη από τον 17ο αιώνα ο Νεύτων αντελήφθη ότι είναι η ίδια δύναμη (η βαρυτική) που περιγράφει την πτώση ενός μήλου στο έδαφος αλλά και την περιστροφή της Σελήνης γύρω από τη Γη. Τον 19ο αιώνα ο Maxwell έδειξε την ενοποίηση των ηλεκτρικών και μαγνητικών δυνάμεων, ενώ τον 20ό αιώνα οι Weinberg, Salam και Glashow έδειξαν ότι οι Ηλεκτρομαγνητικές και Ασθενείς δυνάμεις συγκλίνουν στην ηλεκτροασθενή  δύναμη.

Τα τελευταία 50 χρόνια έχει γίνει ευρέως αποδεκτό το καθιερωμένο πρότυπο (Standard Model, SM) των θεμελιακών σωματιδίων, το οποίο περιγράφει ικανοποιητικά μια μεγάλη περιοχή πειραματικών παρατηρήσεων, αλλά περιέχει και έναν μεγάλο αριθμό, περίπου είκοσι πέντε, αγνώστων και προσαρμοζομένων παραμέτρων, κάτι που αποτελεί σημαντική αδυναμία του μοντέλου. Το SM παραμελεί τα νετρίνα, καθώς και τη Βαρύτητα και τη Σχετικότητα που είναι σημαντικότατες και πειραματικά πλήρως αποδεδειγμένες θεωρίες.

Η επανάσταση των νετρίνων και της σχετικότητας

Η μάζα των πολυπληθέστατων και πανταχού παρόντων νετρίνων μετρήθηκε για πρώτη φορά από τους Kajita και McDonald, οι οποίοι σχεδόν αμέσως (2015) έλαβαν το βραβείο Nobel. Υπάρχουν τρεις τύποι νετρίνων με πολύ μικρές μάζες m₁(≈1 meV/c²), m₂(≈7 meV/c²) και m₃(≈44 meV/c²). Λόγω των πολύ μικρών τους μαζών τα νετρίνα επιταχύνονται εύκολα σε σχετικιστικές ταχύτητες, πολύ κοντά δηλαδή στην ταχύτητα του φωτός c (300.000 km/s). Ομως η θεωρία της Ειδικής Σχετικότητας του Einstein υπαγορεύει ότι έτσι αυξάνεται δραματικά η μάζα τους και συνεπώς και η αμοιβαία βαρυτική τους έλξη. Η έλξη αυτή περιγράφεται στο μοντέλο μας από τον νόμο του Νεύτωνα, χρησιμοποιώντας αντί για τις μάζες ηρεμίας, τις βαρυτικές μάζες (που είναι ίσες με τις αδρανειακές μάζες) που υπολογίζονται από την Ειδική Σχετικότητα. Αυτή είναι η κεντρική ιδέα του μοντέλου των περιστρεφομένων λεπτονίων (Rotating Lepton Model, RLM) που αναπτύχθηκε αρχικά στην Πάτρα από τους Βαγενά και Σουεντίε το 2012 και περιγράφηκε την ίδια χρονιά σε ένα βιβλίο της Springer με τίτλο «Gravity, Special Relativity and the Strong Force».

Επίσης το 2022 δημοσιεύτηκε στο περιοδικό «Journal of Physical Chemistry» εργασία των Βαγενά, Τσούση και Γρηγορίου που αποδεικνύει ότι η μικρότερη μάζα (m₁) των νετρίνων καθορίζει την ταχύτητα του φωτός στο «κενό» με βάση την απλή εξίσωση Newton-Laplace, κάτι που υποδηλοί ότι η διάδοση του φωτός οφείλεται σε ταλαντώσεις των πανταχού παρόντων στο σύμπαν μας ελεύθερων νετρίνων.

To μοντέλο των περιστρεφομένων λεπτονίων (RLM)

Tο μοντέλο εξετάζει τρία νετρίνα που έλκονται βαρυτικά και περιστρέφονται σε κυκλική τροχιά. Σύμφωνα με την Ειδική Σχετικότητα, η κεντρομόλος δύναμη που ασκείται σε κάθε ένα από αυτά δίνεται από τον τύπο του Νεύτωνα και είναι ανάλογη προς τον παράγοντα γ του Lorentz,   όπου v η ταχυτητα περιστροφής και c η ταχύτητα του φωτός. Η Ειδική Σχετικότητα υπαγορεύει ότι η αδρανειακή και άρα και η ίση της βαρυτική μάζα κάθε νετρίνου ισούται με   όπου m_o η μάζα ηρεμίας των νετρίνων. Επομένως προκύπτει μια εξίσωση που δίνει τη βαρυτική έλξη που ασκείται σε κάθε ένα από τα περιστρεφόμενα νετρίνα. Η δεύτερη εξίσωση που απαιτείται για την εύρεση των αγνώστων είναι η εξίσωση De Broglie της Κβαντομηχανικής που υπαγορεύει ότι η στροφορμή κάθε περιστρεφόμενου σωματιδίου,  , ισούται με τη σταθερά του Planck  . Ταυτόχρονη επίλυση των δύο εξισώσεων επιτρέπει υπολογισμό της ακτίνας περιστροφής και του παράγοντα του Lorentz και δείχνει ότι η ταχύτητα περιστροφής είναι σχεδόν ίση με την ταχύτητα του φωτός. Ακόμη οδηγούμεθα στον υπολογισμό της μάζας του συνθέτου σωματιδίου που είναι σε εκπληκτική συμφωνία με την πειραματική μάζα του νετρονίου, η οποία είναι σχεδόν 10 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του νετρίνου.

Συμπεράσματα

Συμπερασματικά το νέο μοντέλο (RLM) που δεν περιέχει καμία άγνωστη σταθερά και συνδυάζει τον βαρυτικό νόμο του Νεύτωνα, την Ειδική Σχετικότητα του Einstein και την κβαντομηχανική εξίσωση του De Broglie, δηλαδή τρεις πλήρως αποδεδειγμένες πειραματικά και θεωρητικά εξισώσεις, αποδεικνύει ότι τα κουάρκς είναι περιστρεφόμενα ταχύτατα (σχετικιστικά) νετρίνα και οδηγεί στην ενοποίηση των βαρυτικών, ισχυρών και ασθενών δυνάμεων. Επίσης, επιτρέπει τον υπολογισμό των μαζών των συνθέτων σωματιδίων (πρωτονίων, νετρονίων, μποζονίων) με ακρίβεια της τάξης του 2%, κάτι που δεν είναι δυνατόν με το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard model, SM). Βλέπουμε λοιπόν ότι το RLM, επεκτείνοντας τις σκέψεις του Νεύτωνα, δείχνει ότι η ίδια δύναμη, η Βαρύτητα, που κάνει τα μήλα να πέφτουν, είναι αυτή που δημιούργησε τα νετρόνια, πρωτόνια, τους πυρήνες των ατόμων και τον κόσμο που γνωρίζουμε. Επίσης το RLΜ επιβεβαιώνει με τον πιο εμφατικό τρόπο τη ρήση του Πλάτωνα στον Τίμαιο «Τα πάντα εκ τριγώνων συνέστηκεν».

*Ο κ. Κώστας Βαγενάς είναι ακαδημαϊκός, διεθνές μέλος της Ακαδημίας Μηχανικών των ΗΠΑ, ομότιμος καθηγητής του Πανεπιστημίου Πατρών και πρώην καθηγητής Φυσικοχημείας και Χημικής Μηχανικής των Πανεπιστημίων Yale και ΜΙΤ.

Έντυπη έκδοση Το Βήμα