Ψάχνοντας τα μυστικά του Σύμπαντος στο βυθό της Πύλου

Κάποτε, πριν 15 δισεκατομμύρια χρόνια, μια έκρηξη αδιανόητης ισχύος και υφής -- το Big Bang -- υπήρξε η αρχή της δημιουργίας του Σύμπαντος. Τότε δημιουργήθηκε και το νετρίνο, ένα μυστηριακό, σχεδόν φανταστικό σωματίδιο, με σχεδόν μηδενική μάζα που κινείται από τότε με την ταχύτητα των 300.000 χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο (την ταχύτητα του φωτός).


Κάθε στιγμή δισεκατομμύρια νετρίνα κυκλοφορούν ασταμάτητα, διασχίζουν τη γη και συνεχίζουν ανενόχλητα το ιλιγγιώδες ταξίδι τους. Τα περίεργα αυτά σωματίδια λόγω της φύσεως και της ενέργειας που μεταφέρουν, είναι σε θέση να δώσουν πολλές πληροφορίες για το παρελθόν αλλά και το μέλλον του Σύμπαντος. Όπως είναι προφανές, η ανίχνευση των νετρίνων απαιτεί την κατασκευή ενός νέου είδους "τηλεσκοπίου".


Η Ελλάδα φιλοδοξεί στο τέλος του αιώνα μας να εγκαταστήσει στα ανοιχτά της Πύλου, βυθισμένο στα 4.000-5.000m υπό την θάλασσα, το πρώτο τηλεσκόπιο Νετρίνων, 1Km³ διάστασης. (διαβάστε παρακάτω - video)
Το βάθος αυτό είναι απαραίτητο, ώστε να απορροφάται η κοσμική ακτινοβολία, που επίσης αφθονεί στο Σύμπαν και που δυσκολεύει την ανίχνευση των νετρίνων. Η ελπίδα είναι ότι κάποια από τα νετρίνα θα αντιδράσουν με το θαλάσσιο νερό, και η αντίδραση αυτή θα καταγραφεί απο τις πειραματικές συσκευές. Φανταστείτε στο βυθό της θάλασσας όχι ένα αλλά δέκα τουλάχιστον, δωδεκαόροφους "πύργους" με συνολικό ύψος μεγαλύτερο από τον πύργο του ΄Αιφελ. Το δάπεδο του κάθε ορόφου έχει σχήμα εξαγώνου, με ευαίσθητους φωτοπολλαπλασιαστές στην κάθε του γωνία. Είναι αυτοί που θα ανιχνεύσουν τη φωτεινή λάμψη όταν το νετρίνο αλληλεπιδράσει με τα άτομα του νερού. Στο κέντρο του εξαγώνου μία σφαίρα από τιτάνιο θα περικλείει τα πολύπλοκα ηλεκτρονικά του πειράματος, που θα δέχονται τα σήματα των ανιχνευτών. Με ένα καλώδιο οπτικών ινών πρωτοποριακής τεχνολογίας (εγκατεστημένο από τον Ο.Τ.Ε) τα σήματα θα μεταδίδονται στη στεριά! 


Τα επιστημονικά και τεχνολογικά επιτεύγματα συνεργατών τους, στο πλαίσιο της επιστημονικής ομάδας του Εργαστηρίου Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών και των προγραμμάτων ΝΕΣΤΩΡ και ΛΑΕΡΤΗΣ που συνχρηματοδοτούνται απο την ΓΓΕΤ και την Ευρωπαϊκή Ένωση, δημιουργούν τις προϋποθέσεις για μια σημαντική μακροπρόθεσμη επένδυση στον ελληνικό χώρο από την διεθνή επιστημονική κοινότητα.


Ήδη τον Μάιο του 1997 έγινε για πρώτη φορά πόντιση σε βάθος 4.000 μέτρων των δύο από τα συνολικά δώδεκα πατώματα του τηλεσκοπίου. Παράλληλα, στο πλαίσιο του "Mega Science" του Οργανισμού Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης (ΟΟΣΑ), η ελληνική προσπάθεια αναγνωρίστηκε ως ένα από τα συνολικά τέσσερα μεγάλης κλίμακας πειράματα, παγκοσμίως.


Όλα αυτά τα στοιχεία συνηγορούν ότι στη χώρα μας και στο επιστημονικό της δυναμικό παρουσιάζεται μια μοναδική ευκαιρία πρωτοπορίας στην διαρκώς αναπτυσσόμενη επιστημονική περιοχή της Αστρονομίας Νετρίνων και της μελέτης των μεγάλων θαλασσίων βαθών.

ΝΕΣΤΩΡ
Ινστιτούτο Τεχνολογιών και Ερευνών Βαθείας Θαλάσσης
και Αστροσωματιδιακής Φυσικής Νετρίνων
24001 Πύλος

Πρόγραμμα ΝΕΣΤΩΡ

 Μυστικά του Σύμπαντος στον βυθό της Πύλου

Ο καθηγητής Λεωνίδας Ρεσβάνης εξηγεί γιατί η ομάδα NESTOR, της οποίας είναι διευθυντής, προσπαθεί να μελετήσει τον ουρανό «κοιτάζοντας» σε ένα υποθαλάσσιο «πηγάδι»

ΙΩΑΝΝΑ ΣΟΥΦΛΕΡΗ

Ενα βήμα στην εξερεύνηση του Σύμπαντος έκαναν οι έλληνες ερευνητές του Ινστιτούτου ΝΕΣΤΩΡ της Πύλου, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα μια παγκόσμια πρωτιά: το υποθαλάσσιο τηλεσκόπιό τους πέτυχε να λάβει το σήμα για το οποίο έψαχνε, πέτυχε δηλαδή να συλλέξει και να αποδώσει δεδομένα για φυσικά συμβάντα τη στιγμή που αυτά ελάμβαναν χώρα και μάλιστα από υποθαλάσσιο βάθος 4.000 μέτρων! Πρόκειται για την πρώτη φορά που συλλέγονται τέτοιου είδους δεδομένα από τέτοιο βάθος, πράγμα το οποίο φέρει την ελληνική ομάδα να προηγείται των ανταγωνιστών της, αλλά και υπόσχεται ένα ακόμη πιο ενδιαφέρον μέλλον. Υπόσχεται ένα «ταξίδι» στα πέρατα του Σύμπαντος και απαντήσεις σε ερωτήματα που απασχολούν την ανθρωπότητα επί αιώνες. Υπό την προϋπόθεση βεβαίως ότι η ερευνητική ομάδα θα μπορέσει να ξεπεράσει τα οικονομικής φύσεως εμπόδια και να συνεχίσει το έργο της... «Το Βήμα» ζήτησε από τον κ. Λεωνίδα Ρεσβάνη, καθηγητή Πειραματικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών και διευθυντή του Ινστιτούτου ΝΕΣΤΩΡ, να εξηγήσει γιατί προσπαθεί να μελετήσει τον ουρανό «κοιτώντας» το βάθος της θάλασσας και να μας μιλήσει για τις «φουρτούνες» που δεν προέρχονται από την τρικυμία...

Σχεδιάζοντας τον νέο χάρτη του ουρανού

Είκοσι πέντε χιλιόμετρα καλωδίων χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτηθεί το υποθαλάσσιο τηλεσκόπιο, αλλά και για να πραγματοποιείται η αποστολή των δεδομένων

Στο Ινστιτούτο ΝΕΣΤΩΡ της Πύλου λαμβάνει χώρα ένα από τα πλέον φιλόδοξα ερευνητικά προγράμματα, όχι μόνο της Ελλάδας αλλά διεθνώς: το ομώνυμο πρόγραμμα (NESTOR, Neutrino Extended Submarine Telescope with Oceanographic Research) έχει στόχο να φτιάξει έναν νέο χάρτη του ουρανού μελετώντας νετρίνα υψηλής ενέργειας, μια μορφή ακτινοβολίας η οποία δεν έχει μελετηθεί καθόλου. Επιπροσθέτως όμως οι μετρήσεις του προγράμματος NESTOR μπορεί να αποκαλύψουν την ύπαρξη μιας νέας μορφής ύλης η οποία, αν όντως αποδειχθεί, θα αλλάξει άρδην την αντίληψή μας για τη δημιουργία του Σύμπαντος.

Αλλά ας πάρουμε τα πράγματα από την αρχή. Το Ινστιτούτο ΝΕΣΤΩΡ δημιουργήθηκε προκειμένου να εκμεταλλευθούν οι ερευνητές μια παραξενιά της γεωγραφίας της χώρας: Μόλις σε απόσταση 11 ναυτικών μιλίων από τη Μεθώνη εντοπίζεται ένα θαλάσσιο πεδίο έκτασης 65 τετραγωνικών χιλιομέτρων σε βάθος 4.000 μέτρων! Αυτό το υποθαλάσσιο πηγάδι, το οποίο βρίσκεται τόσο κοντά στη στεριά και παρέχει εύκολη πρόσβαση στους ερευνητές, διαθέτει ένα ακόμη πλεονέκτημα για τους φυσικούς: οι τόνοι νερού που βρίσκονται πάνω από τον πάτο του πηγαδιού εμποδίζουν την κοσμική ακτινοβολία να φτάσει σε αυτό. Με άλλα λόγια, αν κάποιος ήθελε να παρατηρήσει νετρίνα (μια μορφή ακτινοβολίας η οποία μπορεί να διαπερνά τη Γη... αλλά και εμάς τους ίδιους) χωρίς να μπερδεύεται από άλλου είδους κοσμικές ακτίνες, δεν θα μπορούσε να βρει καλύτερο σημείο για παρατήρηση από τον πάτο ενός υποθαλάσσιου πηγαδιού σαν αυτό της Πύλου.

Το πρώτο τμήμα του «αστεριού» του τηλεσκοπίου NESTOR αρχίζει να βυθίζεται. Εχει να διανύσει 4.000 μέτρα ώσπου να φθάσει στον πάτο του υποθαλάσσιου πηγαδιού της Πύλου

Οπως εξηγεί ο κ. Ρεσβάνης, «η ιδέα δεν είναι καθόλου καινούργια. Ο Πλίνιος αναφέρει ότι όσοι ήθελαν να μελετήσουν τα αστέρια κατέβαιναν σε σκοτεινά πηγάδια ορυχείων καθώς έτσι μπορούσαν να έχουν καλύτερη θέα του ουρανού. Το γνωρίζετε και εκ πείρας: από μια σκοτεινή περιοχή βλέπετε καλύτερα τα αστέρια. Οσο για μας, η κοσμική ακτινοβολία δεν δύει ποτέ και, επειδή το σήμα που αναζητούμε το ορίζει ο Θεός, το μόνο πράγμα που μπορούμε να κάνουμε λοιπόν είναι να μειώσουμε τον θόρυβο. Ετσι "κατεβήκαμε" στα 4.000 μέτρα και ίσως πάμε και λίγο πιο δίπλα, στα 5.200 μέτρα, όπου εντοπίζεται το βαθύτερο σημείο της Μεσογείου». 

Σε αυτό το βάθος έχει στηθεί το τηλεσκόπιο του προγράμματος NESTOR. Πρόκειται για μια κατασκευή η οποία όταν ολοκληρωθεί θα αποτελείται από έναν πύργο 12 ορόφων, διαμέτρου 32 μέτρων και ύψους 330 μέτρων (λίγο πιο ψηλός από τον Πύργο του Αϊφελ...). Κάθε όροφος θα απέχει από τους γειτονικούς του 30 μέτρα και θα περιλαμβάνει 6 ζεύγη φωτοπολλασιαστών, τοποθετημένα στις άκρες ισάριθμων βραχιόνων τιτανίου. Οι μισοί φωτοπολλαπλασιαστές θα «κοιτάζουν» προς τα πάνω και οι άλλοι μισοί προς τα κάτω. Προς το παρόν υπάρχει μόνο ο πρώτος όροφος και έχει ήδη δώσει δεδομένα! 

Οι φωτοπολλαπλασιαστές δεν μπορούν να «δουν» νετρίνα. Συλλαμβάνουν όμως μια μορφή φωτός η οποία ονομάζεται ακτινοβολία Cherenkov. H ακτινοβολία αυτή παράγεται όταν κάτι κινείται σε ένα μέσο, στην προκειμένη περίπτωση στο νερό της θάλασσας, με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός (ο γνωστός νόμος που θέλει τίποτε να μην κινείται με ταχύτητα μεγαλύτερη από αυτήν του φωτός ισχύει μόνο για το κενό). Στην προκειμένη περίπτωση, η ακτινοβολία Cherenkov παράγεται από τα μιουόνια τα οποία δημιουργούνται όταν ένα νετρίνο αντιδρά με ένα άτομο. Καθώς ένα μιουόνιο περνά από το υποθαλάσσιο τηλεσκόπιο, κάποιοι από τους φωτοπολλαπλασιαστές του καταγράφουν την ακτινοβολία Cherenkov που αυτό παράγει. Ετσι μπορεί να διαγραφεί όχι μόνο η κατεύθυνση που ακολουθεί το μιουόνιο, αλλά να υπολογιστεί και ο δρόμος που ακολουθεί το νετρίνο που έδωσε γένεση στο μιουόνιο. 

Τα δεδομένα

Τα δεδομένα που έχει συλλέξει η ερευνητική ομάδα του NESTOR δείχνουν ακριβώς αυτό: την κατεύθυνση των διερχομένων από την περιοχή τους νετρίνων. Και μάλιστα πρόκειται για νετρίνα τα οποία έχουν διαπεράσει τη Γη, έχουν δηλαδή φτάσει στο υποθαλάσσιο πηγάδι της Πύλου όχι από την επιφάνεια της θάλασσας, αλλά από την άλλη άκρη του πλανήτη μας. Οσο για την πηγή παραγωγής νετρίνων, σύμφωνα με τον κ. Ρεσβάνη: «Τα νετρίνα μπορούν να προέρχονται από διαφορετικές πηγές. Υπάρχουν κατ' αρχάς τα νετρίνα χαμηλής ενέργειας τα οποία έχουν προκύψει από το Big Bang και τα οποία βαθμηδόν έχουν χάσει την ενέργειά τους. Αυτά, παρ' ότι είναι πάρα πολλά (υπολογίζεται ότι στο σύμπαν υπάρχουν 500 νετρίνα χαμηλής ενέργειας ανά κυβικό εκατοστό), δεν έχει βρεθεί ακόμη τρόπος να τα ανιχνεύσουμε. Υπάρχουν τα νετρίνα τα οποία προέρχονται από την αλληλεπίδραση της κοσμικής ακτινοβολίας με την ύλη, τα νετρίνα τα οποία προέρχονται από τα WIMPS (Weakly Interactive Massive Particles) και τέλος τα νετρίνα πολύ υψηλής ενέργειας τα οποία παράγονται στους ουράνιους επιταχυντές (Μαύρες τρύπες τεράστιας μάζας)». 

Εκτός από τα νετρίνα χαμηλής ενέργειας τα οποία οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη βρει τρόπους να ανιχνεύσουν, το τηλεσκόπιο της ομάδας NESTOR μπορεί να ανιχνεύσει τις υπόλοιπές κατηγορίες νετρίνων. Ειδικότερα, τα νετρίνα τα οποία προέρχονται από τις αλληλεπιδράσεις της κοσμικής ακτινοβολίας με την ύλη αποτελούν τον θόρυβο στο πείραμα και είναι αυτά τα οποία οι ερευνητές θα πρέπει να μάθουν να ξεχωρίζουν και να... αφήνουν στην άκρη. Οι άλλες δύο περιπτώσεις νετρίνων όμως είναι αυτές που αποτελούν τον στόχο των ελλήνων επιστημόνων γιατί από τη μελέτη τους μπορούν να απαντηθούν σημαντικότατα ερωτήματα σχετικά με το σύμπαν. «H φυσική όπως την γνωρίζουμε σήμερα δεν μπορεί να εξηγήσει παρά την προέλευση του 1% περίπου της ύλης που υπάρχει γύρω μας» εξηγεί ο κ. Ρεσβάνης και συνεχίζει: «Υποθέτουμε ότι το υπόλοιπο είναι δεσμευμένο, απορροφημένο κυρίως στο κέντρο του γαλαξία μας. Πιστεύουμε ότι στο κέντρο του γαλαξία μας είναι μια μεγάλη μαύρη τρύπα η οποία είναι εκατομμύρια φορές βαρύτερη από τον Ηλιο. Αυτή η μαύρη τρύπα θα έχει έλξει τα WIMPS, την ύπαρξη των οποίων μπορούμε να επιβεβαιώσουμε παρατηρώντας νετρίνα».

Με υποατομικούς όρους, τα WIMPS είναι βαριά σωματίδια και ως εκ τούτου αναμένεται να συγκεντρώνονται στο κέντρο μεγάλων ουρανίων σωμάτων, όπως Γη. H θεωρία θέλει τα WIMPS να είναι ύλη και αντιύλη, πράγμα το οποίο σημαίνει ότι όταν δύο WIMPS συγκρούονται, θα εξαϋλώνονται δημιουργώντας νετρίνα τα οποία ελπίζει να παρατηρήσει η ελληνική επιστημονική ομάδα. Αν η ύπαρξη των WIMPS επιβεβαιωθεί, θα σημαίνει ότι αυτά συνεισφέρουν δεκαπλάσια μάζα στο Σύμπαν σε σχέση με τα πρωτόνια, τα νετρόνια και τα ηλεκτρόνια. Με άλλα λόγια, θα έχει αποκαλυφθεί πού κρύβεται μέρος (αν όχι όλο) του υπολοίπου της μάζας του Σύμπαντος. 

H νέα επιστήμη

Πώς θα ξεχωρίσουν όμως οι έλληνες ερευνητές εκείνα τα νετρίνα που προέρχονται από τη σύγκρουση των WIMPS από εκείνα που προέρχονται από τους ουράνιους επιταχυντές; Για να γίνει αυτό θα πρέπει να υπάρξει πληθώρα μετρήσεων και δεδομένων, πράγμα το οποίο θα επιτρέψει τη χαρτογράφηση του ουρανού με βάση τα νετρίνα. Ούτε λίγο ούτε πολύ, οι έλληνες ερευνητές με τις μετρήσεις τους προσπαθούν να θέσουν τις βάσεις μιας νέας επιστήμης, της αστρονομίας νετρίνων. Οι ειδήμονες εκτιμούν ότι η αστρονομία νετρίνων μπορεί να μας δώσει απαντήσεις σε ερωτήματα τα οποία δεν στάθηκε δυνατό να απαντηθούν με βάση τις σημερινές γνώσεις μας. Οπως εξηγεί ο κ. Ρεσβάνης, «εν αντιθέσει με τα φωτόνια τα οποία απορροφώνται από την ύλη, τα νετρίνα την διαπερνούν χωρίς να αλληλεπιδρούν μαζί της. Ετσι, για παράδειγμα, ενώ μελετώντας το φως του Ηλίου έχουμε συλλέξει πληροφορίες σχετικές με την επιφάνειά του, μελετώντας τα νετρίνα θα συλλέξουμε πληροφορίες σχετικές με το εσωτερικό του». Οταν οι ερευνητές έχουν συλλέξει δεδομένα ικανά να χαρτογραφήσουν τον ουρανό, θα είναι σε θέση να εντοπίζουν τις πηγές νετρίνων, τους ουράνιους επιταχυντές. Ετσι θα μπορούν να ξεχωρίσουν αν τα νετρίνα που «βλέπουν» με το υποθαλάσσιο τηλεσκόπιό τους προέρχονται από αυτούς ή από τα WIMPS. 

H αστρονομία των νετρίνων

H αστρονομία των νετρίνων φιλοδοξεί να «ξαναδεί» τα θεμελιώδη ερωτήματα της φύσης υπό το πρίσμα των νετρίνων. Φιλοδοξεί να διερευνήσει αν το σύμπαν θα συνεχίσει να διαστέλλεται στο διηνεκές ή θα συσταλεί. Φιλοδοξεί να μας πάει μακριά στον χρόνο και άρα κοντά στη στιγμή του Big Bang. Και οι έλληνες ερευνητές δεν βλέπουν την ώρα να συνεχίσουν το ταξίδι που άρχισαν και στο οποίο προηγούνται, αφού μια αντίστοιχη γαλλική ομάδα η οποία έχει «κατέβει» στα 2.500 μέτρα ανοιχτά της Μασσαλίας δεν πέτυχε να πάρει μετρήσεις καθώς το τηλεσκόπιό της έβαλε νερά. Οι έλληνες ερευνητές γνωρίζουν ότι έχουν ένα δύσκολο δρόμο μπροστά τους, είναι όμως αποφασισμένοι να συνεχίσουν. Αλλά αυτό δεν εξαρτάται μόνο από τους ίδιους: επισήμως έχει δοθεί εντολή να μπει το πείραμα «στο ρελαντί» λόγω ελλείψεως χρημάτων (ο ετήσιος τακτικός προϋπολογισμός του Ινστιτούτου ΝΕΣΤΩΡ είναι μόλις 28.000 ευρώ ενώ σημαντικός αρωγός υπήρξαν ο ΟΤΕ και η περιφέρεια Πελοποννήσου). Βεβαίως θα μπορούσε κανείς να κατανοήσει τη στάση του υπουργείου: τα νετρίνα δεν πουλιούνται! Και όμως σε κάποιο άλλο επίπεδο είναι τόσο «εξαγώγιμα» όσο και οι ιδέες του Αριστοτέλη και του Πλάτωνα...

Το ΒΗΜΑ, 29/06/2003