Μια «ρωγμη» στους νομους της Φυσικης: Πως ενα ανυπακουο σωματιδιο μπορει να αλλαξει την αντιληψη μας για το Συμπαν

Επιστημονες συγκεντρωνουν ολο και περισσοτερες ενδειξεις στα πειραματα τους για μια «ρωγμη» στο καθιερωμενο μοντελο της Φυσικης και την αντιληψη μας για τον μικροσκοπικο κοσμο και το απεραντο Συμπαν.

Ο δακτυλιος «αποθηκευσης» μιονιων g-2 στο κτηριο MC-1 του Fermilab (U.S. Department of Energy)

Υποατομικα σωματιδια φαινεται πως αψηφουν τους γνωστους νομους της φυσικης και ερευνητες απο ολον τον πλανητη αφηνουν ανοικτο το ενδεχομενο να υπαρχουν θεμελιωδεις μορφες υλης και ενεργειας που προς το παρον η ανθρωποτητα αγνοει, αλλα συντομα μπορει να ανακαλυψει. «Αυτη ειναι η δικη μας προσεδαφιση στον Αρη», δηλωνει στους New York Times ο φυσικος Κρις Πολι στο Εθνικο Εργαστηριο του Επιταχυντη Fermilab που εχει αφιερωσει σχεδον ολοκληρη την πολυετη καριερα του προς αυτη την ανακαλυψη.

Το «ανυπακουο» μιονιο και το Καθιερωμενο Προτυπο Φυσικης

Στο βαθος των προηγουμενων δεκαετιων εχουν ανακαλυφθει συνολικα 17 θεμελιωδη υποατομικα σωματιδια και τεσσερις θεμελιωδεις δυναμεις στη φυση (βαρυτικη, ηλεκτρομαγνητικη, ασθενης και ισχυρη πυρηνικη δυναμη). Αν βρεθει μια νεα δυναμη, θα ειναι η πεμπτη.

Η παραξενη συμπεριφορα του μιονιου, ενος θεμελιωδους υποατομικου σωματιδιου, ανοιγει ολα τα ενδεχομενα υπαρξης αγνωστων σωματιδιων και «εξωτικων» δυναμεων περα απο το Καθιερωμενο Προτυπο της Φυσικης. «Υπαρχουν ισχυρες ενδειξεις πως το μιονιο ειναι ευαισθητο σε κατι που δεν προβλεπεται ουτε στην καλυτερη απο τις θεωριες μας», σχολιαζει η Ρενε Φατεμι, φυσικος απο το πανεπιστημιο του Κεντακι.

Ενδειξεις περασμενων ετων ενισχυθηκαν μετα απο νεες μετρησεις των επιστημονων στις ΗΠΑ, με αρκετους να εκτιμουν πως βρισκονται πλεον πολυ κοντα σε σημαντικες ανακαλυψεις. Ειχαν προηγηθει στο τελος Μαρτιου αναλογες ενδειξεις απο ενω πειραμα στο CERN ενω η οποιαδηποτε επιβεβαιωση στο μελλον θα αποτελεσει τη σημαντικοτερη ανακαλυψη στον τομεα της Φυσικης, μετα το σωματιδιο Χιγκς.

Τα μιονια ειχαν ανακαλυφθει το 1936 και ειναι 207 φορες βαρυτερα απο τα ηλεκτρονια και σημαντικα πιο ασταθη. Ως ηλεκτρικα φορτισμενα σωματιδια, περιστρεφονται οταν βρεθουν σε μαγνητικο πεδιο και η συχνοτητα της περιστροφης τους, η οποια μπορει να μετρηθει, εξαρταται απο τις αλληλεπιδρασεις του μιονιου με αλλα σωματιδια και δυναμεις (ο λεγομενος παραγοντας g).

Η τιμη του παραγοντα υποτιθεται πως μπορουσε να υπολογιστει με ακριβεια με τη βοηθεια του καθιερωμενου μοντελου (Standard Model) της σωματιδιακης φυσικης που αναπτυχθηκε πριν περιπου 50 χρονια. Ομως ηδη απο το 2001, το Εθνικο Εργαστηριο Brookhaven της Νεας Υορκης κατεγραψε πειραματικα ευρηματα που απεκλιναν απο τις θεωρητικες προβλεψεις, καθως τα μιονια φαινεται πως παρουσιαζουν πιο εντονη μαγνητικη συμπεριφορα και περιστρεφονται ελαφρως ταχυτερα απο το αναμενομενο, χωρις να υπακουουν «απολυτως» στους γνωστους φυσικους νομους.

Τωρα οι νεες μετρησεις απο το πειραμα Muon g-2 στο Εθνικο Εργαστηριο του Επιταχυντη Fermilab του Ιλινοϊς, οπου συμμετεχουν επιστημονες απο επτα χωρες, οι οποιες παρουσιαστηκαν σε δυο επιστημονικες δημοσιευσεις στο περιοδικο φυσικης «Physical Review Letters», με τη συμμετοχη ανω των 200 επιστημονων, επιβεβαιωνουν οτι κατι απροσμενο συμβαινει με τα μιονια, κατι που πιθανως «μαρτυρα» την υπαρξη αγνωστων σωματιδιων και φυσικων δυναμεων, συμφωνα με το Science, το Nature, το New Scientist, το BBC και τους New York Times.

Η ανωμαλια στις μετρησεις πιθανως οφειλεται στα «εικονικα σωματιδια», ενα φαινομενο της κβαντομηχανικης, με ζευγη απο ενα σωματιδιο υλης και ενα αντιυλης που φευγαλεα αναδυονται και σχεδον αμεσως εξαφανιζονται. Για το πολυ συντομο διαστημα που υπαρχουν, μπορει να επηρεαζουν τη συμπεριφορα πραγματικων σωματιδιων οπως τα μιονια. Αυτα τα ζευγη εικονικων σωματιδιων μπορει να αποτελουνται απο ηδη γνωστα σωματιδια, οπως ενα ηλεκτρονιο και ενα ποζιτρονιο, αλλα μπορει επισης να αποτελουνται απο κατι πιο εξωτικο και αγνωστο εως τωρα.

Τα νεα πειραματα του Fermilab ερχονται μετα την προσφατη ανακοινωση φυσικων του πειραματος LHCb του CERN στην Ευρωπη οτι επισης βρηκαν κατι παραξενο να συμβαινει με τον τροπο διασπασης των μιονιων. Πιθανως τα δυο ευρηματα σχετιζονται, χωρις ακομη να ειναι σιγουρο, καθως δεν υπαρχουν αρκετα δεδομενα που να αποδεικνυουν την υπαρξη νεων σωματιδιων η φυσικων δυναμεων.

«Απο τη δεκαετια του 1970 ψαχνουμε για μια ρωγμη στο Καθιερωμενο Προτυπο. Και τωρα ισως τη βρηκαμε», δηλωσε ο Αλεξεϊ Πετροφ του Πανεπιστημιου Wayne State των ΗΠΑ.

Ο καθηγητης Μαρκ Τομσον, επικεφαλης του Συμβουλιου Επιστημης και Τεχνολογιας της Βρετανιας δηλωσε: «γνωριζουμε πως η τωρινη κατανοηση μας για το συμπαν ειναι ελλιπης. Αυτο που βλεπουμε τωρα απο τα νεα πειραματα, οπως το g-2, μπορει να ειναι οι πρωτες ματιες πισω απο την κουρτινα σε ενα νεο κοσμο φυσικης».

Ο φυσικος Γκρατσιανο Βεναντσονι του Εθνικου Ινστιτουτου Πυρηνικης Φυσικης της Ιταλιας και ενας απο τους εκπροσωπους του πειραματος g-2 εκανε ηδη λογο για «μια ιδιαιτερη μερα, απο καιρο αναμενομενη οχι μονο απο εμας αλλα απο ολη τη διεθνη κοινοτητα των φυσικων». Ο καθηγητης του Κεϊμπριτζ Μπεν Αλαναχ δηλωσε οτι «σε ολη την καριερα μου αναζητω δυναμεις και σωματιδια περα απο αυτα που ηδη ξερουμε και αυτη ειναι η στιγμη που περιμενα, γι’ αυτο δεν μπορω να κοιμηθω πολυ απο την εξαψη μου».

Ο καθηγητης Μαρκ Λανκαστερ του Πανεπιστημιου του Μαντσεστερ, εξηγησε οτι «η νεα μετρηση του g-2 αναμενοταν απο καιρο και παρεχει ισχυρες ενδειξεις για την υπαρξη νεων σωματιδιων και δυναμεων. Ξερουμε οτι ο σημερινος καταλογος θεμελιωδων σωματιδιων και δυναμεων δεν ειναι ολοκληρωμενος, επειδη δεν αρκουν να εξηγησουν τη σκοτεινη υλη στο συμπαν και το γεγονος οτι το συμπαν εχει πολυ λιγη αντιυλη. Η νεα μετρηση στο Fermilab εχει μια πιθανοτητα στις 1.000 να ειναι στατιστικο σφαλμα και μια στις 40.000, αν συνδυαστει με την προηγουμενη μετρηση στο Brookhaven».

Τα πιθανα, αλλα αγνωστα εως τωρα, υποατομικα σωματιδια «λεπτοκουαρκ» και «μποζονια Ζ» που εχουν προταθει, φαινεται πως αλληλεπιδρουν με το μιονιο. Για να επιβεβαιωθει η οποια ανακαλυψη, η πιθανοτητα σφαλματος πρεπει να μειωθει στην μια πιθανοτητα στα 3,5 εκατομμυρια. Ηδη οι φυσικοι αναλυουν περισσοτερα δεδομενα, ωστε να βελτιωσουν την ακριβεια των μετρησεων για τη μυστηριωδη συμπεριφορα του μιονιου.

«Φαινεται πως εχουμε επιβεβαιωση οτι τα αποτελεσματα του Brookhaven δεν οφειλονταν σε αστοχια η λαθος», εκτιμα ο θεωρητικος φυσικος Dr. Carena. «Υπαρχει μια σοβαρη πιθανοτητα να σπασουν το Καθιερωμενο Μοντελο».

Με πληροφοριες απο New York Times {https://www.lifo.gr}

Recommended For You