Το Νόμπελ Φυσικής 1999 απονεμήθηκε στους Gerardus ‘t Hooft (GH) και Martinus J.G. Veltman (MV) για τη συμβολή τους στη "διασαφήνιση της κβαντικής δομής των ηλεκτροασθενών δυνάμεων στη φύση". Ο τομέας αυτός της φυσικής, με την ονομασία Φυσική των Υψηλών Ενεργειών (ΦΥΕ) , μελετά τη εσώτερη δομή της ύλης σε διαστάσεις τόσο μικροσκοπικές που οι απαιτούμενες για τη μελέτη ενέργειες συγκρίνονται με αυτές που χαρακτήριζαν τις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων απειροστά κλάσματα του δευτερολέπτου μετά το Big Bang, την επικρατούσα θεωρία για την αρχική έκρηξη από την οποία δημιουργήθηκε το σύμπαν. Με αυτή την έννοια πρόκειται για ένα τομέα που μέσα από τις αναζητήσεις του συναντά την αστροφυσική και συνακόλουθα εγγίζει το οντολογικό πρόβλημα. Ζούμε σε μια εποχή που χαρακτηρίζεται και δομείται, κατά κύριο λόγο, από τις εξελίξεις της επιστήμης ενώ ταυτόχρονα τα γνωστικά στοιχεία αυτής της διαδικασίας ενσωματώνονται στο πολιτιστικό απόθεμα της κοινωνίας μας με τεράστια δυσκολία.

Στη συνέχεια παρουσιάζουμε μια σύντομη αναφορά στην επιστημονική συμβολή των GH και MV για την οποία τιμήθηκαν.

Τα αντικείμενα που μας περιβάλουν είναι κατασκευασμένα από άτομα, τα οποία αποτελούνται από ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες. Στους πυρήνες υπάρχουν πρωτόνια και νετρόνια τα οποία με τη σειρά τους αποτελούνται από μικρότερα σωματίδια που ονομάζουμε κουάρκ. Τα κουάρκ και ηλεκτρόνια θεωρούνται στοιχειώδη σωματίδια ( γι΄ αυτό και ο τομέας αυτός αναφέρεται επίσης και ως Φυσική Στοιχειωδών Σωματιδίων) με την έννοια ότι τα μέχρι σήμερα πειραματικά αποτελέσματα πιστοποιούν ότι δεν διαθέτουν εσωτερική δομή. Οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων διακρίνονται σε τέσσερα είδη: βαρυτικές, ηλεκτρομαγνητικές, ασθενείς πυρηνικές και ισχυρές πυρηνικές. Παρ΄ όλο που μόνο οι δύο πρώτες πέφτουν στην άμεση αντίληψή μας, οι δυο τελευταίες παίζουν πολύ σοβαρό στη φύση.

Πολλά χρόνια πειραματικών και θεωρητικών προσπαθειών οδήγησαν στη διαμόρφωση ενός δόκιμου προτύπου για τα στοιχειώδη σωματίδια, του οποίου η επιτυχία είναι τόσο μεγάλη ώστε να αναφέρεται πλέον ως Καθιερωμένο Πρότυπο (ΚΠ). Το πρότυπο αυτό ομαδοποιεί τα στοιχειώδη σωματίδια σε τρεις οικογένειες λεπτονίων (όπου ανήκουν τα ηλεκτρόνια) και κουάρκ και περιγράφει με επιτυχία τις ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις. Η σοβαρή καινοτομία που εισήγαγε το ΚΠ είναι η παρουσίαση των ασθενών και ηλεκτρομαγνητικών αλληλεπιδράσεων σ' ένα ενιαίο θεωρητικό πλαίσιο. Ας σημειώσουμε εδώ ότι η έννοια της "ενοποίησης" αποτελεί το όνειρο κάθε επιστήμονα. Σχηματικά θα μπορούσαμε να περιγράψουμε τη διαδικασία της ενοποίησης σαν μια προσπάθεια να εξηγηθούν όσο το δυνατόν περισσότερα φαινόμενα εκκινώντας από όσο το δυνατόν μικρότερο αριθμό αρχών. Το ΚΠ είναι αποτέλεσμα ερευνών των Sheldon Glashow, Abdus Salam και Steven Weinberg (βραβείο Νόμπελ 1979).

Το ΚΠ αποτελεί μια θεωρία βαθμίδας. Η πλέον γνωστή θεωρία αυτού του είδους είναι η κβαντική θεωρία του ηλεκτρομαγνητισμού (κβαντική ηλεκτροδυναμική) που αποτελεί τη σύγχρονη έκφραση της θεωρίας που ανέπτυξε ο J.C. Maxwell τα τέλη του περασμένου αιώνα. Ο Maxwell ενοποίησε τον ηλεκτρισμό και τον μαγνητισμό και, μεταξύ άλλων, προέβλεψε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Η κβαντική ηλεκτροδυναμική όμως παρουσίασε σοβαρά προβλήματα υπολογισμών στο αρχικό της στάδιο (δεκαετία 1920). Στη δεκαετία του 1940, οι Sin-Itiro Tomonaga, Julian Schwinger και Richard P. Feynman (οι οποίοι μοιράστηκαν το Νόμπελ φυσικής το 1965), κατάφεραν να δώσουν την κατάλληλη ερμηνεία και εφοδίασαν τη θεωρία με ικανότητα θεωρητικών υπολογισμών ακριβείας. Έκτοτε οι θεωρητικοί υπολογισμοί της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής έδωσαν προβλέψεις εκπληκτικής συμφωνίας με τις πειραματικές μετρήσεις.

Το ΚΠ, που εντάσσεται και αυτό σε μια ειδική κατηγορία βαθμίδας, χαρακτηρίζεται από ένα μαθηματικό υπόβαθρο αρκετά πιο περίπλοκο από αυτό της κβαντικής ηλεκτροδυναμικής και αρχικά είχε εμφανείς δυσκολίες στον υπολογισμό φυσικών μεγεθών. Για το λόγο αυτό συνάντησε τη δυσπιστία των επιστημόνων τα πρώτα χρόνια της εμφάνισης του (τέλος δεκαετίας 1960). Η σημαντική συμβολή των GH και MV βρίσκεται ακριβώς στο γεγονός ότι χρησιμοποιώντας σύγχρονα μαθηματικά "εργαλεία" κατάφεραν να δείξουν ότι οι θεωρίες βαθμίδας στις οποίες εντάσσεται το ΚΠ μπορούν να δώσουν ακριβείς υπολογισμούς φυσικών μεγεθών, ικανούς να συγκριθούν με πειραματικές μετρήσεις. Η σημασία της προσφοράς των βραβευθέντων είναι τέτοια ώστε σήμερα να θεωρείται ότι οποιαδήποτε θεωρία προτείνεται σαν υποψήφια να περιγράψει την ύστατη δομή της ύλης, πρέπει να είναι θεωρία βαθμίδας

Ένα από τα κύρια συστατικά της θεωρίας των ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων είναι το σωματίδιο higgs το οποίο δεν έχει ανακαλυφθεί ακόμη πειραματικά και θεωρείται σαν ένας πιθανός μηχανισμός μέσω του οποίου τα διάφορα σωματίδια αποκτούν μάζα. Με υπολογισμούς, βασισμένους στη θεωρία των GH και MV, προσδιορίστηκε η πιθανή περιοχή μαζών του higgs. To σύνολο σχεδόν της παγκόσμιας κοινότητας της φυσικής στοιχειωδών σωματιδίων αναπτύσσει, στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN, ένα ερευνητικό πρόγραμμα πειραματικών μετρήσεων που αρχίζουν το 2005, προκειμένου να πιστοποιηθεί πειραματικά η ύπαρξη του higgs. Ελληνικές ομάδες από το Ε.Μ.Π., το ΕΚΕΦΕ "ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ" και τα Πανεπιστήμια, Αθηνών, Ιωαννίνων και Θεσσαλονίκης συμμετέχουν ενεργά σ΄ αυτή τη διαδικασία.

Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το βραβείο Νόμπελ φυσικής μπορείτε να βρείτε στη σελίδα WEB της Βασιλικής Σουηδικής Ακαδημίας Επιστημών http://www.nobel.se//announcement-99/physics99.html.

Δημήτρης Λουκάς, Ερευνητής Β', ΕΚΕΦΕ "Δημόκριτος"
Νικόλας Δ. Τράκας, Αναπλ. Καθηγητής ΕΜΠ