Σωματιδιακή φυσική

Οι φυσικοί σχεδιάζουν να μεταφέρουν αντιύλη έξω από το εργαστήριο για πρώτη φορά

Written by Δ.Μ.

Υπάρχει ένα παλιό ρητό: «Εάν το βουνό δεν πάει στον Μωάμεθ, τότε ο Μωάμεθ πρέπει να πάει στο βουνό», αλλά τώρα έχουμε μια φανταστική νέα έκδοση: «Αν τα ραδιενεργά σωματίδια είναι πολύ βραχύβια για να φτάσουν στην αντιύλη, τότε η αντιύλη πρέπει να πάει στα ραδιενεργά σωματίδια». Έτσι το πρότζεκτ PUMA στο CERN αναμένεται να στείλει περίπου ένα δισεκατομμύριο αντιπρωτόνια σε ένα πολύ ιδιαίτερο οδικό ταξίδι, οδηγώντας έτσι σε μια συναρπαστική φυσική. Γιατί η σύγκρουση των αντιπρωτονίων με τα κανονικά πρωτόνια μεγάλων πυρήνων, είναι ένας τρόπος για να μπορούμε να προσδιορίσουμε τη διάταξη των σωματιδίων στον πυρήνα τους. Αυτό ακριβώς προτίθεται να κάνει και το project PUMA.

Share

Υπάρχει ένα παλιό ρητό: «Εάν το βουνό δεν πάει στον Μωάμεθ, τότε ο Μωάμεθ πρέπει να πάει στο βουνό», αλλά τώρα έχουμε μια φανταστική νέα έκδοση: «Αν τα ραδιενεργά σωματίδια είναι πολύ βραχύβια για να φτάσουν στην αντιύλη, τότε η αντιύλη πρέπει να πάει στα ραδιενεργά σωματίδια».  Έτσι το πρότζεκτ PUMA στο CERN αναμένεται να στείλει περίπου ένα δισεκατομμύριο αντιπρωτόνια σε ένα πολύ ιδιαίτερο οδικό ταξίδι, οδηγώντας έτσι σε μια συναρπαστική φυσική. Γιατί η σύγκρουση των αντιπρωτονίων με τα κανονικά πρωτόνια μεγάλων πυρήνων, είναι ένας τρόπος για να μπορούμε να προσδιορίσουμε τη διάταξη των σωματιδίων στον πυρήνα τους. Αυτό ακριβώς προτίθεται να κάνει και το project  PUMA.

antimatter_road_trip

Η συγκέντρωση αυτών των σωματιδίων θα μπορούσε να μας βοηθήσει να έχουμε μια πολύ καλύτερη κατανόηση της φυσικής βαρέων καθηκόντων που πηγαίνει στα βαθιά μέσα αστέρια.

Η αντιύλη  υπήρξε βασικό όπλο στις ταινίες επιστημονικής φαντασίας και των διαστημικών κινητήρων, δεδομένου ότι απελευθερώνει μια εντυπωσιακή ποσότητα ενέργειας όταν ενώνεται με την κατοπτρική της δίδυμη – κανονική ύλη.

Οι φυσικοί έχουν κατασκευάσει και μελετήσει σωματίδια αντιύλης από τα μέσα του 20ου αιώνα , χρησιμοποιώντας επιταχυντές σωματιδίων όπως είναι αυτός στο CERN . Ενώ μπορούμε να συγκρατήσουμε εύκολα μεγάλο αριθμό σωματιδίων αντιύλης για μεγάλα χρονικά διαστήματα με τη χρήση ειδικών συσκευών, όπως είναι οι παγίδες Penning , κανείς δεν μπόρεσε έως τώρα να τις κλείσει σε μια μαγνητική φιάλη και να τις μεταφέρει από το ένα μέρος στο άλλο.

Όμως τώρα κάποιος βρήκε τελικά έναν καλό λόγο να το κάνει. Η μοντελοποίηση των ατόμων και το πώς αυτά αλληλεπιδρούν είναι μάλλον δύσκολο, ειδικά καθώς αρχίζετε να κοιτάτε μέσα σε μεγαλύτερα άτομα με όλο και περισσότερα πρωτόνια και νετρόνια.

d41586-018-02221-9_15479932

Η κατανόηση του τρόπου με τον οποίο όλα τα υποατομικά σωματίδια τακτοποιούνται για να φτιάξουν τα στοιχεία που βρίσκονται στον περιοδικό πίνακα, βρίσκεται σήμερα σε ένα πολύ δύσκολο κόμβο. Μερικοί ερευνητές υποπτεύονται ότι τα νετρόνια μπορούν να σχηματίσουν κάτι σαν λεπτό δέρμα στο εξωτερικό τμήμα του πυρήνα. Οι βαρείς πυρήνες δηλαδή που έχουν συνήθως μια πλούσια σε νετρόνια εξωτερική στρώση και οι φυσικοί την ονομάζουν «δέρμα νετρονίων» .  Αλλά αυτό το δέρμα είναι συνήθως μαλακό και φτιάχνει ένα διάχυτο φωτοστέφανο υπό ορισμένες συνθήκες. Δηλαδή το εξωτερικό στρώμα του πυρήνα που κυριαρχείται από νετρόνια είναι μάλλον μαλακό και όχι σκληρό και καλά καθορισμένο.

d41586-018-02221-9_15476866Αυτά τα ερωτήματα δεν είναι μόνο ακαδημαϊκά, αλλά έχουν εφαρμογές σε διάφορους τομείς της επιστήμης, από τη χημεία έως την αστρονομία.

papakonstantinou«Ένας από τους λόγους για τους οποίους η κατανόηση του δέρματος των νετρονίων και των “φωτοστέφανων” είναι τόσο σημαντική, είναι για να αξιοποιήσουμε στο έπακρο τις αστροφυσικές παρατηρήσεις» , δήλωσε η πυρηνική φυσικός Παναγιώτα Παπακωνσταντίνου από το Ινστιτούτο Βασικών Επιστημών στο Daejeon της Νότιας Κορέας .

Καθώς οι πυρήνες των σούπερ πυκνών άστρων περιέχουν αυτά τα βαριά στοιχεία, το να γνωρίζουμε πώς σχηματίζονται μας λέει πολλά για τη συμπεριφορά αυτών των τεράστιων αστεριών.

Το πρόβλημα είναι μεγάλο, τα πυκνά άτομα με πολλά νετρόνια είναι μάλλον ραδιενεργά. Αν θέλετε να μελετήσετε ένα δέρμα από νετρόνια, πρέπει να είστε  γρήγοροι – γιατί τα άτομα καταρρέουν πρακτικά μόλις φτιαχτούν. Το λίθιο-11, για παράδειγμα, έχει χρόνο ημιζωής μόλις 8,6 χιλιοστά του δευτερολέπτου . 

Η σύγκρουση αντιπρωτονίων με τα κανονικά πρωτόνια αυτών των μεγάλων στοιχείων, είναι ένας τρόπος για να μπορούμε να προσδιορίσουμε τη διάταξη των σωματιδίων στον πυρήνα τους. Αυτό ακριβώς προτίθεται να κάνει και το project  PUMA.

Ο επιβραδυντής αντιπρωτονίων του CERN φτιάχνει αντιπρωτόνια. Και η μονάδα Isotope Mass Separator On-Line (ISOLDE) φτιάχνει τους ραδιενεργούς πυρήνες. Αλλά υπάρχει μια ενοχλητική απόσταση λίγων εκατοντάδων μέτρων μεταξύ των δύο εγκαταστάσεων.

Έτσι, οι ερευνητές έχουν φτιάξει ένα σχέδιο να φορτώσουν ένα νέφος, περίπου, ενός δισεκατομμυρίου αντιπρωτόνων μέσα σε μια ειδική παγίδα και στη συνέχεια να τα αποθηκεύσουμε σε θερμοκρασία περίπου 4 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν. Ο αριθμός αυτός των αντιπρωτονίων είναι πολύ μεγάλος. περισσότερες από τέσσερις φορές τον αριθμό που έχουμε φτιάξει έως τώρα.

Έτσι θα φορτώσουν αυτή τη περίπλοκη μαγνητική θερμο-φιάλη σε ένα φορτηγό, θα μεταφέρουν το φορτηγό σε μια μικρή απόσταση και θα μεταφέρουν τα σωματίδια στη συσκευή ISOLDE, όπου θα στοχεύσουν στα ισότοπα του λιθίου.

Σε περίπτωση που το φορτηγό κτυπήσει κάπου στον δρόμο, δεν θα έχουμε τίποτα να φοβόμαστε. Ακόμη και αν το νέφος των αντιπρωτόνων έρθει σε επαφή με την πραγματική ύλη, ένα δισεκατομμύριο θα ήταν ακόμα αρκετά για να ανατινάξει ένα μήλο, πόσο μάλλον μια ερευνητική μονάδα.

«Είναι σχεδόν ιστορία επιστημονικής φαντασίας να βάλουμε την αντιύλη σε ένα φορτηγό», λέει  ο θεωρητικός πυρηνικός φυσικός Charles Horowitz.  «Είναι μια υπέροχη ιδέα.»

Πηγή   Nature

About the author

Δ.Μ.

Share