Πως ένα πείραμα θα λύσει ένα μεγάλο κοσμικό μυστήριο

0
94

Αστέρια, γαλαξίες, πλανήτες, σχεδόν όλα όσα συνθέτουν την καθημερινή μας ζωή, οφείλουν την ύπαρξή τους σε ένα κοσμικό μυστήριο. Η φύση αυτού του μυστηρίου, που επέτρεψε στην ύλη να κυριαρχήσει στο Σύμπαν εις βάρος της αντιύλης, παραμένει ένα μυστήριο.  

Τώρα, τα αποτελέσματα από ένα πείραμα στην Ιαπωνία θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους ερευνητές να λύσουν το παζλ που θεωρείται ένα από τα μεγαλύτερα στην επιστήμη. Σύμφωνα με τους επιστήμονες, το μυστικό είναι στη διαφορά στον τρόπο συμπεριφοράς της ύλης και των σωματιδίων αντιύλης.  

Ο κόσμος που γνωρίζουμε- συμπεριλαμβανομένων όλων των καθημερινών αντικειμένων που μπορούμε να αγγίξουμε – αποτελείται από την ύλη. Τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης είναι υποατομικά σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια, κουάρκ και νετρίνα.

Αλλά, η ύλη έχει ένα σκιώδες πανομοιότυπο που ονομάζεται αντιύλη. Κάθε υποατομικό σωματίδιο συνηθισμένης ύλης έχει ένα αντίστοιχο «αντισωματίδιο». Σήμερα, υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από την αντιύλη στο Σύμπαν, αλλά δεν ήταν πάντα έτσι. Το Big Bang θα έπρεπε να έχει δημιουργήσει ύλη και αντιύλη σε ίσες ποσότητες.

«Όταν οι φυσικοί δημιουργούν νέα σωματίδια σε επιταχυντές, βρίσκουν πάντα ότι παράγουν ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων: για κάθε αρνητικό ηλεκτρόνιο, ένα θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο (ομόλογο αντιύλης του ηλεκτρονίου)», δήλωσε ο καθηγητής Lee Thompson από το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ, μέλος της συνεργασίας T2K, η οποία περιλαμβάνει σχετικά μεγάλο αριθμό επιστημόνων από πανεπιστήμια του Ηνωμένου Βασιλείου. «Γιατί λοιπόν δεν είναι το σύμπαν 50% αντιύλη; Αυτό είναι ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στην κοσμολογία – τι συνέβη με την αντιύλη;».  

Ωστόσο, όταν ένα σωματίδιο ύλης συναντά το αντι-σωματίδιο του, “εκμηδενίζονται” – εξαφανίζονται σε μια λάμψη ενέργειας. Κατά τη διάρκεια των πρώτων κλασμάτων ενός δευτερολέπτου του Big Bang, το πυκνό Σύμπαν διαλύθηκε με ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων να ξεπηδούν. Χωρίς κάποιον άλλο γνωστό μηχανισμό, το Σύμπαν δεν θα έπρεπε να περιέχει τίποτα παρά μόνο εναπομένουσα ενέργεια.  

Τι συνέβη λοιπόν με την εξισορρόπηση; Αυτό έρχεται να ανακαλύψει το πείραμα T2K στο παρατηρητήριο Super-Kamiokande neutrino, που βρίσκεται υπόγεια στην περιοχή Kamioka της Ιαπωνίας.  

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον ανιχνευτή της εγκατάστασης για να παρατηρήσουν πως συμπεριφέρονται τα νετρίνα και η αντίστοιχη αντιύλη τους, τα αντινετρίνα, που δημιουργήθηκαν 295 χιλιόμετρα μακριά στο ιαπωνικό ερευνητικό συγκρότημα Proton Accelerator (J-Parc) στο Tokai.    

Καθώς ταξιδεύουν μέσω της Γης, τα σωματίδια και τα αντισωματίδια ταλαντεύονται μεταξύ διαφορετικών φυσικών ιδιοτήτων, γνωστών στη φυσική και ως γεύσεων.  

Οι φυσικοί πιστεύουν ότι η εύρεση διαφοράς – ή ασυμμετρίας – στις φυσικές ιδιότητες των νετρίνων και των αντινετρίνων μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε γιατί η ύλη είναι τόσο διαδεδομένη σε σύγκριση με την αντιύλη. Αυτή η ασυμμετρία είναι γνωστή ως παραβίαση της συμμετρίας CP.  

Είναι μια από τις τρεις απαραίτητες προϋποθέσεις, που όπως είπε ο Ρώσος φυσικός Αντρέι Ζαχάρωφ το 1967, πρέπει να υφίσταται για την παραγωγή ύλης και αντιύλης σε διαφορετικούς ρυθμούς. Αφού ανέλυσαν δεδομένα εννέα ετών, οι ερευνητές βρήκαν μια αναντιστοιχία στον τρόπο που τα νετρίνα και τα αντινετρίνα ταλαντεύονται καταγράφοντας τους αριθμούς που έφτασαν στο Super Kamiokande με διαφορετική γεύση από αυτή που είχαν δημιουργηθεί.  

Το αποτέλεσμα έχει φτάσει επίσης σε επίπεδο στατιστικής σημαντικότητας που είναι αρκετά υψηλό για να δείξει ότι η παραβίαση CP εμφανίζεται σε αυτά τα σωματίδια. «Ενώ η παραβίαση CP για κουάρκ είναι πειραματικά καλά αποδεδειγμένη, η παραβίαση CP δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ για νετρίνα», δήλωσε ο Stefan Söldner-Rembold.  

«Η παραβίαση της συμμετρίας CP είναι ένας από τους όρους για να υπάρχει ένα Σύμπαν που κυριαρχείται από ύλη, αλλά το φαινόμενο που προκαλείται από το κουάρκ είναι δυστυχώς πολύ μικρό για να εξηγήσει γιατί το Σύμπαν μας είναι κυρίως γεμάτο με ύλη».  

Η ανακάλυψη της παραβίασης της CP στα νετρίνα θα ήταν ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός στην κατανόηση του πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν, λένε οι επιστήμονες.  

«Μια θεωρία που ονομάζεται λεπτογένεση συνδέει την κυριαρχία της ύλης με την παραβίαση της CP που περιλαμβάνει νετρίνα. Αυτά τα μοντέλα λεπτογένεσης προβλέπουν ότι η κυριαρχία της ύλης οφείλεται στην πραγματικότητα στον τομέα των νετρίνων.» λέει ο καθηγητής Söldner-Rembold. Τα αποτελέσματα από το T2K δίνουν ισχυρές ενδείξεις ότι το φαινόμενο παραβίασης της CP θα μπορούσε να είναι μεγάλο για τα νετρίνα. Αυτό σημαίνει ότι το πείραμα νετρίνου επόμενης γενιάς DUNE, το οποίο κατασκευάζεται επί του παρόντος σε ορυχείο στη Νότια Ντακότα, ενδέχεται να ανιχνεύσει το αποτέλεσμα πιο γρήγορα από το αναμενόμενο.  

Ο καθηγητής Söldner-Rembold είναι μέλος της επιστημονικής ομάδας DUNE και εκπρόσωπος της συνεργασίας. Ο ανιχνευτής του αμερικανικού πειράματος θα περιέχει 70.000 τόνους υγρού αργού, θαμμένους σε βάθος άνω των 1000 μέτρων. Θα χρησιμοποιηθεί για να ανακαλύψει και να μετρήσει την παραβίαση CP με υψηλή ακρίβεια.

Πηγή: BBC

Πηγή: skai.gr