Τον Σεπτέμβρη του 2015, μια δόνηση που διάρκεσε μόλις ένα πέμπτο του δευτερολέπτου, άλλαξε την ιστορία της Φυσικής. Ηταν η πρώτη άμεση ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, διαταραχών στη γεωμετρία του χωροχρόνου, που μετακινούνται στο σύμπαν με την ταχύτητα του φωτός. Αστρονόμοι λένε ότι ήταν σαν να απέκτησαν μια επιπλέον αίσθηση, σαν ως το 2015 να μπορούσαν μόνο να «δουν» τα κοσμικά συμβάντα και τώρα να μπορούν επιπλέον και να τα «ακούσουν». Από τότε ως σήμερα έγινε σχεδόν καθημερινή ρουτίνα η καταγραφή του περάσματος βαρυτικών κυμάτων στις δύο τεράστιες εγκαταστάσεις εντοπισμού τους, το παρατηρητήριο LIGO, με ένα τμήμα του στη Λουιζιάνα και ένα άλλο στην πολιτεία της Ουάσιγκτον των ΗΠΑ και το αδερφό παρατηρητήριο Virgo, κοντά στην Πίζα της Ιταλίας.

Η ανίχνευση των βαρυτικών κυμάτων πρόσφερε νέους τρόπους εξερεύνησης των φυσικών νόμων και της ιστορίας της εξέλιξης του σύμπαντος, καθώς και στοιχεία για τη ζωή των μαύρων τρυπών και των μεγάλων άστρων από τα οποία αυτές προέρχονται. Για πολλούς φυσικούς, η γέννηση της επιστήμης των βαρυτικών κυμάτων ήταν ένα λαμπρό σημείο την περασμένη δεκαετία, λέει η Τσιάρα Καπρίνι, θεωρητική φυσικός στο Πανεπιστήμιο της Γενεύης. Αντίθετα, άλλα πεδία διερεύνησης ήταν απογοητευτικά: Η αναζήτηση της υποτιθέμενης σκοτεινής ύλης που θεωρείται ότι υπάρχει σε ποσότητα μεγαλύτερη από την παρατηρήσιμη ύλη δεν έδωσε απολύτως τίποτα. Ούτε ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων στη Γενεύη βρήκε κάτι πέρα από το μποζόνιο Χιγκς, ενώ και αρκετές νέες κατευθύνσεις στη Φυσική, που είχαν γεννήσει ελπίδες, έμοιασαν να «σβήνουν».

Πολλοί φυσικοί θεωρούν πως τα περισσότερα από 100 συμβάντα βαρυτικών κυμάτων, που έχουν καταγραφεί μέχρι σήμερα, είναι μόνο ένα ελάχιστο δείγμα από το τι υπάρχει εκεί έξω. Το «παράθυρο» που άνοιξαν το LIGO και το Virgo είναι αρκετά μικρό, περιοριζόμενο μόνο στο φάσμα συχνοτήτων 100-1.000 Hz (Χερτζ). Καθώς ζευγάρια άστρων μεγάλης μάζας, ή μαύρες τρύπες περιφέρονται το ένα γύρω από το άλλο και πλησιάζουν αργά σπειροειδώς στο πέρασμα εκατομμυρίων ετών, παράγουν βαρυτικά κύματα, των οποίων σταδιακά αυξάνεται η συχνότητα, μέχρι τις τελευταίες στιγμές πριν τα σώματα συγκρουστούν. Τα κύματα αυτά είναι μέσα στο ήδη ανιχνεύσιμο φάσμα. Αλλά αυτό είναι μόνο ένα είδος φαινομένων που μπορούν να παράγουν βαρυτικά κύματα.

Το LIGO και το Virgo είναι συμβολόμετρα λέιζερ, δηλαδή λειτουργούν ανιχνεύοντας τις απειροελάχιστες διαφορές στον χρόνο που ταξιδεύουν δύο ακτίνες λέιζερ, οι οποίες πυροδοτούνται σε βραχίονες κάθετους μεταξύ τους, μήκους μερικών χιλιομέτρων ο καθένας. Οι βραχίονες εκτείνονται ή συρρικνώνονται απειροελάχιστα εξαιτίας του περάσματος των βαρυτικών κυμάτων μέσα απ' αυτούς, με αποτέλεσμα οι ακτίνες να έχουν λίγο περισσότερη ή λίγο λιγότερη απόσταση να διανύσουν. Τώρα οι ερευνητές σχεδιάζουν νέα παρατηρητήρια τύπου LIGO, τόσο πάνω στη Γη, όσο και στο Διάστημα, ενώ υπάρχει και πρόταση για κατασκευή βαρυτικού παρατηρητηρίου στη Σελήνη. Ορισμένα από αυτά τα παρατηρητήρια θα μπορούσαν να είναι ευαίσθητα ακόμη και σε βαρυτικά κύματα συχνότητας 1 Hz!

Ομως, διερευνώνται και εντελώς νέες τεχνικές για την ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων, που εκτείνονται από την παρατήρηση των πάλσαρ, έως τη μέτρηση κβαντικών διακυμάνσεων, με την ελπίδα να εντοπιστεί μια πολύ μεγαλύτερη ποικιλία βαρυτικών κυμάτων, με συχνότητες εκατομμυρίων Hz, έως δισεκατομμυριοστών του Hz. Διευρύνοντας το εύρος παρατήρησης, οι αστρονόμοι θα μπορούν να παρακολουθούν μαύρες τρύπες να περιφέρονται η μια γύρω από την άλλη επί μέρες, βδομάδες ή και χρόνια, παρά να συλλαμβάνουν μόνο τα τελευταία δευτερόλεπτα πριν από τη σύγκρουση, όπως τώρα. Θα μπορούν επιπλέον να εντοπίζουν βαρυτικά κύματα από τελείως διαφορετικά φαινόμενα, όπως οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Ολα αυτά εκτιμάται ότι ίσως δώσουν απαντήσεις σε ερωτήματα για τον φυσικό κόσμο που παραμένουν ανοιχτά.

Πέρσι, μια από αυτές τις τεχνικές πλησίασε να γίνει πραγματικότητα. Από τα πρώτα χρόνια της δεκαετίας του 2000, οι ραδιοαστρονόμοι προσπαθούν να χρησιμοποιήσουν ολόκληρο τον Γαλαξία ως ανιχνευτή βαρυτικών κυμάτων, παρατηρώντας αστέρες νετρονίων που περιέχει, οι οποίοι ονομάζονται πάλσαρ. Τα άστρα αυτά γυρίζουν γύρω από τον άξονά τους εκατοντάδες φορές το δευτερόλεπτο, εκπέμποντας μια ακτίνα στη συχνότητα των ραδιοκυμάτων, λειτουργώντας σαν διαστημικοί φάροι. Τα βαρυτικά κύματα που διατρέχουν τον Γαλαξία μεταβάλλουν την απόσταση ανάμεσα στη Γη και καθένα από τα πάλσαρ, δημιουργώντας ανωμαλίες στη συχνότητα εκπομπής της ακτίνας τους. Η παρατήρηση πολλών πάλσαρ μαζί θα μπορούσε να οδηγήσει στον εντοπισμό αλλαγών εξαιτίας των βαρυτικών κυμάτων, σε συχνότητες δισεκατομμυριοστών του Hz, όπως αυτές που θα προξενούνταν από ζευγάρια υπερμεγεθών μαύρων τρυπών.

Χρειάζονται δεκάδες χρόνια ώστε διαδοχικές κορυφές τέτοιων κυμάτων να περάσουν από ένα σημείο παρατήρησης (όσο μικρότερη είναι η συχνότητα τόσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος), πράγμα που σημαίνει ότι θα χρειάζονταν δεκάδες χρόνια παρατήρησης, ώστε να εντοπιστούν. Το 2023, τέσσερις ερευνητικές ομάδες, από τη Βόρεια Αμερική, την Ευρώπη, την Αυστραλία και την Κίνα, αποκάλυψαν ενδείξεις εντοπισμού βαρυτικών κυμάτων με την τεχνική αυτή, αλλά θέλουν να επεξεργαστούν με ενιαίο τρόπο τα δεδομένα τους, πριν μιλήσουν για ανακάλυψη.

Η Κίνα ελπίζει ότι θα κατασκευάσει έναν επιταχυντή σωματιδίων αξίας 5 δισεκατομμυρίων δολαρίων ξεκινώντας το 2027, τρία χρόνια πριν ξεκινήσει (αν ξεκινήσει) η κατασκευή του ευρωπαϊκού μεγα-επιταχυντή, διαδόχου του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) του CERN. Ο κινεζικός Κυκλικός Επιταχυντής Ηλεκτρονίων Ποζιτρονίων (CEPC) μήκους 100 χιλιομέτρων (!) θα χρησιμοποιηθεί για τη λεπτομερή μέτρηση των χαρακτηριστικών του μποζονίου Χιγκς, του σωματιδίου που σχετίζεται με το μέγεθος της μάζας των άλλων υποατομικών σωματιδίων. Οι πληροφορίες που θα δώσει θα μπορούσαν να προσφέρουν απαντήσεις σχετικά με την εξέλιξη του σύμπαντος και τον συγκεκριμένο τρόπο που αλληλεπιδρούν τα διάφορα υποατομικά σωματίδια μεταξύ τους. Η πρόταση για τον επιταχυντή θα συζητηθεί από την κυβέρνηση της Κίνας την επόμενη χρονιά και αν εγκριθεί ο CEPC θα ξεκινήσει να κατασκευάζεται σε τρία χρόνια από σήμερα, με προοπτική να ολοκληρωθεί σε μια δεκαετία. Το κόστος του θα είναι λιγότερο από το ένα τρίτο του Μελλοντικού Κυκλικού Επιταχυντή (FCC), που σχεδιάζει το κονσόρτσιουμ του CERN, ο οποίος αν εγκριθεί θα ξεκινήσει να κατασκευάζεται το 2030.

Μέσα στο τεράστιο υπόγειο τούνελ του, ο CEPC θα οδηγεί σε σύγκρουση μια δέσμη ηλεκτρονίων και μια δέσμη των αντισωματιδίων τους, των ποζιτρονίων, σε τόσο υψηλά ενεργειακά επίπεδα, ώστε θα παράγονται εκατομμύρια μποζόνια Χιγκς. Και μόνο ο τεράστιος αριθμός τους θα επιτρέψει στους ερευνητές να τα μελετήσουν σε μεγαλύτερη έκταση απ' ό,τι κατάφερε ως τώρα ο LHC του CERN, στη Γενεύη. Ετσι οι επιστήμονες θα αναζητήσουν απαντήσεις σε ερωτήσεις, που θα συμπληρώνουν ή θα ξεπερνούν το Καθιερωμένο Μοντέλο, την κυρίαρχη σήμερα, αλλά ατελή θεωρία σχετικά με τα θεμελιώδη συστατικά στοιχεία του κόσμου.

Πολλά εξαρτήματα που προβλέπεται να χρησιμοποιηθούν στον CEPC ήδη δοκιμάζονται σε άλλες εγκαταστάσεις στην Κίνα, όπως ο Επιταχυντής Ηλεκτρονίων Ποζιτρονίων του Πεκίνου. Στην Ευρώπη, η Γερμανία αρνήθηκε τον περασμένο Μάη να συμβάλει με το μερίδιό της στην κατασκευή του ευρωπαϊκού FCC, με αποτέλεσμα να προκληθεί εμπλοκή. Τα 100 δισεκατομμύρια ευρώ που έχει αποφασίσει να δώσει για στρατιωτικούς εξοπλισμούς και τα επιπλέον δισεκατομμύρια που δίνει στην Ουκρανία για τον πόλεμο με τη Ρωσία, μαζί με τα δισεκατομμύρια των ενισχύσεων προς το κεφάλαιο, δεν αφήνουν διαθέσιμους πόρους για τόσο απαιτητική θεμελιώδη επιστημονική έρευνα, ούτε βέβαια για βελτίωση της ζωής του γερμανικού λαού.