Για μια απειροελάχιστη στιγμή, φαίνεται πως οι επιστήμονες στο Εργαστήριο Brookhaven στο Long Island ανακάλυψαν πρόσφατα ότι ένας νόμος της φύσης, η ομοτιμία, δεν υπήρχε γιατί είχε παραβιαστεί.
Αριστερά: Αυτή η εικόνα δείχνει μια σύγκρουση μεταξύ ιόντων χρυσού καθώς και τις τροχιές των χιλιάδων υποατομικών σωματιδίων που παράγονται κατά τη διάρκεια της σύγκρουσης.
Η δράση εξακολούθησε να προκαλεί μια αντίθετη αντίδραση, η βαρύτητα ανάγκαζε τη Γη να στρέφεται γύρω από τον Ήλιο, και η διατήρηση της ενέργειας παρέμεινε άθικτη. Αλλά για ένα απειροελάχιστο κλάσμα του δευτερολέπτου στον Σχετικιστικό Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων (RHIC), οι φυσικοί δημιούργησαν μια φυσαλίδα όπου έσπασε μια συμμετρία του χώρου, και δεν υπήρχε πλέον η ομοτιμία (parity).
Η ομοτιμία εδώ και καιρό θεωρείται ότι είναι ένας θεμελιώδης νόμος της φύσης. Αυτός ισχυρίζεται, κατά βάση ότι το σύμπαν δεν είναι ούτε δεξιό ούτε αριστερόχειρο- ότι οι νόμοι της φυσικής παραμένουν αμετάβλητοι, όταν εκφράζεται σε ανεστραμμένες συντεταγμένες. Στις αρχές της δεκαετίας του 1950 διαπιστώθηκε ότι η ασθενής πυρηνική δύναμη, η οποία είναι υπεύθυνη για την εκπομπή της πυρηνικής ραδιενέργειας (διάσπαση βήτα), σπάει το νόμο της ομοτιμίας. Ωστόσο, η ισχυρή δύναμη, η οποία συγκρατεί μαζί τα κουάρκ, θεωρήθηκε ότι συντάσσεται με το νόμο της ομοτιμίας, τουλάχιστον υπό κανονικές συνθήκες.
Τώρα αυτός ο νόμος φαίνεται να έχει σπάσει μετά από ένα πείραμα μιας ντουζίνας, περίπου, φυσικών σωματιδίων, συμπεριλαμβανομένου του Jack Sandweiss καθηγητή φυσικής στο Yale. Από το 2000, ο Sandweiss συγκρούει μαζί πυρήνες χρυσού στο πλαίσιο του πειράματος STAR στον επιταχυντή RHIC, έναν επιταχυντή σωματιδίων διαμέτρου 4 χιλιομέτρων, με σκοπό να μελετήσουν το νόμο της ομοτιμίας κάτω από ακραίες συνθήκες.
Η ομάδα λοιπόν δημιούργησε ένας είδος “σούπας” ή πλάσμα από κουάρκ και γκλουόνια, που προκύπτει όταν οι ενέργειες φθάνουν σε υψηλά επίπεδα για να διαλύσουν τα πρωτόνια και τα νετρόνια στα συστατικά τους, δηλαδή κουάρκ και γκλουόνια, τις θεμελιώδεις δομικές μονάδες της ύλης.
Οι θεωρητικοί θεωρούν πως αυτό το είδος πλάσματος από κουάρκ και γκλούονια, το οποίο έχει θερμοκρασία τέσσερα τρισεκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, υπήρχε λίγο μετά το Big Bang, όταν το σύμπαν είχε ηλικία μόλις ένα μικροδευτερόλεπτο. Το πλάσμα «φυσαλίδα» που δημιουργήθηκε κατά τις συγκρούσεις ιόντων χρυσού στο RHIC, διήρκεσε ένα μόλις εκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου, αλλά η ομάδα ελπίζει να το χρησιμοποιήσει για να μάθει περισσότερα πώς η δομή του σύμπαντος – από τις μαύρες τρύπες έως τους γαλαξίες – μπορεί να έχουν συσταθεί από αυτή τη σούπα.
Όταν οι πυρήνες του χρυσού, ταξιδεύοντας με το 99,999% της ταχύτητας του φωτός, συγκρούονται και κυριολεκτικά διαλύονται, το πλάσμα που προκύπτει έχει τόση ενέργεια που ένας μικροσκοπικός κύβος του (στο ένα τέταρτο του πλάτους μιας ανθρώπινης τρίχας) θα περιέχει αρκετή ενέργεια για το σύνολο των αναγκών των ΗΠΑ για ένα χρόνο.
Και το εξίσου γιγάντιο μαγνητικό πεδίο που παράγεται από το πλάσμα – το ισχυρότερο που δημιουργήθηκε ποτέ – ήταν αυτό που ειδοποίησε τους φυσικούς ότι ένας από τους νόμους της φύσης θα μπορούσε να είχε σπάσει.
“Ένα πολύ ενδιαφέρον πράγμα συνέβη σε αυτές τις ακραίες συνθήκες," λέει ο Sandweiss. "Η παραβίαση της ομοτιμίας είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί, αλλά το μαγνητικό πεδίο σε συνδυασμό με την παραβίαση της ομοτιμίας οδήγησε σε ένα δευτερεύον φαινόμενο που μπορούσαμε να ανιχνεύσουμε.
Ο Sandweiss και η ομάδα του στο Yale διαπίστωσε ότι τα κουάρκ με όμοιο πρόσημο κινούνταν μαζί: Τα πάνω κουάρκ μετακινούνται κατά μήκος των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, ενώ τα κάτω κουάρκ ταξίδεψαν αντίθετα. Ότι τα κουάρκ θα μπορούσαν να μας πουν την διαφορά στις κατευθύνσεις υποδεικνύει στους ερευνητές ότι η συμμετρία της ομοτιμίας (parity) είχε σπάσει.
Τα αποτελέσματα ήταν τόσο απρόσμενα που ο Sandweiss και οι συνάδελφοί του, περίμεναν πάνω από ένα χρόνο για να τα δημοσιεύσουνε, ψάχνοντας για μια εναλλακτική εξήγηση. Ο Sandweiss επισημαίνει ότι το αποτέλεσμα υποδεικνύει μόνο την παραβίαση της ομοτιμίας – αυτό δεν το αποδεικνύει – αλλά οι φυσικοί στον STAR αποφάσισαν να γίνει έλεγχος των μετρήσεων και από άλλους φυσικούς.
«Νομίζω ότι είναι ένα πραγματικό αποτέλεσμα, αλλά εμείς θα γνωρίζουμε περισσότερα στα επόμενα χρόνια," λέει ο Sandweiss.
Στη συνέχεια, η ομάδα θέλει να δοκιμάσει το αποτέλεσμα και σε χαμηλότερες ενέργειες σύγκρουσης για να δούμε αν η φαινομενική παραβίαση εξαφανίζεται, όταν δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια για να δημιουργήσει τις αναγκαίες ακραίες συνθήκες.
Αν το αποτέλεσμα δείχνει ότι είναι πραγματικότητα, τότε θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να καταλάβουν μια παρόμοια ασυμμετρία που οδήγησε σε ένα από τα πιο θεμελιώδη μυστήρια της φυσικής »- δηλαδή, γιατί ο κόσμος κυριαρχείται από την συνήθη ύλη σήμερα, όταν δημιουργήθηκαν κατά την Μεγάλη Έκρηξη ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.
Ο Sandweiss αναμένει κάποιες απαντήσεις. "Θα ήθελα πραγματικά να δω που θα μας οδηγήσει και να μάθουμε τι ακριβώς συμβαίνει”, συμπληρώνει.
Πηγή: Πανεπιστήμιο του Yale
Leave a Comment