Η ασυμμετρία Υλης – Αντιύλης και ο ρόλος των βαρυονίων.

[punica-dropcap]Έ[/punica-dropcap]νας από τους κύριους λόγους που το Καθιερωμένο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής δεν μπορεί να περιγράψει επαρκώς το σύμπαν και ό,τι περιέχεται σε αυτό, είναι, μεταξύ άλλων και η «αδυναμία» του να εξηγήσει την ασυμμετρία ύλης – αντιύλης. Οι ποσότητες ύλης και αντιύλης που δημιουργήθηκαν αρχικά με τη Mεγάλη Εκρηξη, θα έπρεπε να βρεθούν σε ένα  καθεστώς αλληλοεξουδετέρωσης και κατά συνέπεια να προέκυπτε ένα μη υλικό σύμπαν. Ένα σύμπαν που δεν θα περιείχε ύλη,  όπως την αντιλαμβανόμαστε σήμερα μέσα από τη σωματιδιακή της ταυτότητα, αλλά θα περιείχε το προϊόν της σωματιδιακής και αντισωματιδιακής εξουδετέρωσης, την ακτινοβολία.

Πώς προέκυψε η ασυμμετρία ύλης – αντιύλης; 

Οι νόμοι της Φυσικής προβλέπουν πως για κάθε σωματίδιο «συμβατικής» ύλης, υπάρχει ένα αντίστοιχο αντι-σωμάτιο. Επί παραδείγματι, για κάθε αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο, υπάρχει ένα θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο. Εάν ένα αντισωματίδιο «συναντήσει» το αντίστοιχο σωματίδιο ύλης, τότε θα το εξαϋλώσει, εκλύοντας ενέργεια με τη μορφή του φωτός. Το πρόβλημα ενσκήπτει όταν αναλογιστούμε ότι το Καθιερωμένο Μοντέλο προβλέπει ότι η Μεγάλη Εκρηξη παρήγαγε παρόμοιες ποσότητες βαρυονικών σωματιδίων σε μορφή ύλης και αντιύλης· βαρυονική ύλη και αντιβαρυονική ύλη κατ’ αντιστοιχία. Το σύμπαν από τη Μεγάλη Έκρηξη και μετά άρχισε να παγώνει, τα σωματίδια αντέδρασαν με τα αντισωματίδιά τους και στο «τέλος» έμεινε σημαντικά περισσότερη ποσότητα ύλης από αντιύλη. Αυτή είναι και η εν λόγω ασυμμετρία ύλης – αντιύλης.

ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΑΚΟΜΑ

Το Καθιερωμένο Μοντέλο προβλέπει μεν μία πολύ μικρή ασυμμετρία αλλά δεν μπορεί να δικαιολογήσει την υπερεπάρκεια της βαρυονικής ύλης στο σύμπαν σήμερα. Η παραβίαση αυτή της συμμετρίας υπαινίσσεται ότι οι νόμοι της Φυσικής δεν είναι ακριβώς οι ίδιοι για την ύλη και την αντιύλη. Το φαινόμενο της απόκλισης στους φυσικούς νόμους μεταξύ ύλης και αντιύλης είναι γνωστό ως το φαινόμενο της παραβίασης CP (παραβίαση της συμμετρίας φορτίου και ισοτιμίας). Με πρόσφατη έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, επιβεβαιώνεται η παραβίαση CP  στα μεσόνια (αδρόνια, για την θεωρητική πρόβλεψη των οποίων ο φυσικός Ηideki Υukawa τιμήθηκε με βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1949). Για να δικαιολογηθεί όμως η ποσότητα της ύλης που υπάρχει στο σύμπαν σήμερα, πρέπει να επιβεβαιώσουμε  την παραβίαση CP και στα βαρυόνια επίσης.

Η έρευνα για την επιβεβαίωση της παραβίασης CP στα βαρυόνια διενεργείται για πάνω από πενήντα χρόνια και οι ερευνητές που εργάζονται με τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC – Large Hadron Collider) στο CERN της Γενεύης, φαίνεται να έχουν βρει τις αποδείξεις που χρειάζονται. Η ερευνητική ομάδα χρησιμοποιώντας τον ανιχνευτή LHCb, παρήγαγε τεράστιες ποσότητες ενός συγκεκριμένου βαρυονίου, το Λb0 βαρυόνιο, και του αντίστοιχού του αντισωματίου, το Λb0 αντιβαρυόνιο. Παρατήρηθηκε εν συνεχεία πώς καθένα από αυτά τα σωμάτια διασπάστηκε σε πρωτόνιο ή αντιπρωτόνιο και σε φορτισμένα σωματίδια, τα πιόνια (pions). Το συγκεκριμένο φαινόμενο είναι εξαιρετικά σπάνιο και δεν είχε ποτέ παρατηρηθεί στο παρελθόν. Το καθαρό δείγμα από την παραγωγή τόσο μεγάλης ποσότητας βαρυονίων ήταν περίπου έξι χιλιάδες διασπάσεις.

Το γεγονός ότι αυτά τα σωματίδια διασπώνται σε επιμέρους «συστατικά», είναι ιδιαιτέρως σημαντικό καθότι η όποια σημαντική διαφορά (ασυμμετρία) ανάμεσα στις ποσότητες των βαρυονίων και των αντιβαρυονίων θα είναι και το αποτέλεσμα της  παραβίασης CP. Το πείραμα λοιπόν, έδειξε σημαντικά ποσοστά ασυμμετρίας σε αυτές τις ποσότητες, με το μεγαλύτερο να φτάνει ακόμα και το 20%.

Τα αποτελέσματα είναι εντυπωσιακά, παρ’ όλα αυτά η Στατιστική Σημαντικότητα, να μπορούμε δηλαδή να πούμε με σχετική βεβαιότητα ότι το παρατηρηθέν αποτέλεσμα δεν έχει προέλθει τυχαία, περιορίζεται σε τυπική απόκλιση 3,3 ενώ χρειάζεται τυπική απόκλιση 5 για να ορίσουμε και να αναγνωρίσουμε μια επιστημονική ανακάλυψη. Καθώς τα αποτελέσματα έχουν πλήρως επιβεβαιωθεί για τα μεσόνια, θα ήταν πραγματικά περίεργο να μην επιβεβαιώνονταν και για τα βαρυόνια. Είναι μόνο θέμα χρόνου τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης έρευνας να επικυρωθούν ή όχι, αναλόγως τη Στατιστική Σημαντικότητα που αυτή θα λάβει στην πορεία.

Πηγές:

http://web.mit.edu/physics/news/physicsatmit/physicsatmit_06_sciollafeature.pdf

http://home.cern/about/updates/2017/01/new-source-asymmetry-between-matter-and-antimatter

http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys4021.html


Λίγα λόγια για τον συντάκτη

Μυρτώ Πικρού

Σπούδασα Χρηματοοικονομικά αλλά πάντα με γοήτευαν οι επιστήμες γιατί είναι ο πιο αντικειμενικός τρόπος να καταλάβεις τον κόσμο καθώς και η ψυχολογία, γιατί είναι ο πιο αντικειμενικός τρόπος να καταλάβεις τον άνθρωπο. Λατρεύω τις γάτες, τις καρφίτσες πέτου, τη μυρωδιά του καφέ και τη Νέα Υόρκη. Εκτιμώ τους ευγενικούς ανθρώπους και τους διαλόγους με επιχειρήματα.

Εβδομαδιαία ενημέρωση απο το maxmag στο email σου

Η ενημέρωση σου, για όλα τα θέματα, επί παντός επιστητού, είναι προτεραιότητα για μας στο MAXMAG. Αυτός είναι κ ο λόγος, για τον οποίο κάθε εβδομάδα οι συντάκτες μας θα επιλέγουν τα 15 σημαντικότερα άρθρα, από όλες τις στήλες του περιοδικού και θα φροντίζουμε να τα λαμβάνεις απευθείας στο email σου. Όλες οι σημαντικές ειδήσεις θα σε περιμένουν να τις ανοίξεις. Το μόνο που χρειάζεται να κάνεις είναι μια εγγραφή στο Newsletter μας. Τι περιμένεις λοιπόν;