Οι ανακοινώσεις που έγιναν από δύο
πειραματικές πολυεθνικές ομάδες στην 30η
συνάντηση της Διεθνής Ένωσης Φυσικής Υψηλής
Ενέργειας στην Osaka της Ιαπωνίας, αναγγέλλουν
ένα νέο γύρο έρευνας για να καθορίσουν τον ακριβή
βαθμό τη μονομέρειας της φύσης, με όποιες
συνέπειες μπορεί να έχει αυτό για το
παρατηρούμενο σύμπαν.
"Δεν είναι μόνο η ανακάλυψη ενός
νέου σωματιδίου που είναι σπουδαία για την
φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων και την
κοσμολογία, η συμμετρία είναι κάτι που πρέπει να
κατανοήσουμε," είπε ο Dr. Hirotaka Sugawara, γενικός
διευθυντής του εργαστηρίου ΚΕΚ στην Ιαπωνία
Στην καρδιά όλων αυτών των εργασιών υπάρχουν
δύσκολα πειράματα που αφορούν σωματίδια και τα
αντι-σωματίδια τους, ερευνώντας λεπτές
διαφορές τους όπως είναι ο ρυθμός διάσπασης
τους και τα σωματίδια στα οποία διασπώνται. Οι
Φυσικοί γνωρίζουν από το 1964 πως υπάρχουν μικρές
διαφορές ανάμεσα τους, αλλά δεν έχουν βρεί ένα
τρόπο να τις μετρήσουν. Δίχως την ποσοτική γνώση,
δεν μπορούν οι Φυσικοί να καθορίσουν που η
ασυμμετρία προβλέπεται σωστά από το
Καθιερωμένο Μοντέλο, την θεωρία που περιγράφει
την δομή και την συμπεριφορά της ύλης.
Οποιοδήποτε χάσμα μεταξύ των προβλέψεων και των
παρατηρήσεων σημαίνει ότι η θεωρία είναι
λανθασμένη.
"Και αν ακόμη η μετρούμενη
ασυμμετρία αποδειχθεί πάρα πολύ μικρή," είπε
ο Dr. Zoltan Ligeti, ένας φυσικός του Εργαστηρίου Fermi
πλησίον του Chicago, "ο αντίκτυπος στην κατανόηση
του κόσμου από τους επιστήμονες θα είναι σοβαρός.
Εμείς θα είμαστε σε πλήρη σύγχυση, και θα λέμε
πως δεν γνωρίζουμε ένα κατανοητό τρόπο να
παράγουμε περισσότερη ύλη από αντιύλη."
συνεχίζει ο Dr. Ligeti. Αλλά οι απαντήσεις σε αυτές
τις ερωτήσεις είναι καθ'οδόν.
Οι ομάδες, μία του KEK Ιαπωνίας και μια
του SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) της Καλιφόρνιας,
ανήγγειλαν ότι είχαν επιτύχει να παράγουν
αναρίθμητα, πασίγνωστα, αν και δυσνόητα,
σωματίδια που καλούνται B μεσόνια μαζί με τα
αντίστοιχα αντισωματίδια τους. Οι επιστήμονες σε
αυτά τα "B εργαστήρια" σχεδιάζουν να
συγκρίνουν τον ρυθμό διάσπασης των B και αντι-B με
μια ακρίβεια που δεν ήταν δυνατή ποτέ πριν. Η
σύγκριση προβλέπεται να θέσει ένα νέο πήχυ
μέτρησης για τις πιό βασικές συμμετρίες ή
ασυμμετρίες της φύσης.
Τα αποτελέσματα είναι ακόμη τόσο ατελή και τα
πειράματα τόσο απαιτητικά, που κανένα team δεν
είναι έτοιμο να ισχυριστεί οριστικά τι συμβαίνει
με την ασυμμετρία, την παραβίαση
φορτίου-ομοτιμίας (CP-παραβίαση). Αλλά καθώς
έρχονται νέα δεδομένα, τα πρώτα αποτελέσματα
υπαινίσσονται την CP παραβίαση.
Όμως ενώ τα αποτελέσματα
υπαινίσσονται την παραβίαση CP, αυτά αποκλίνουν
από τις προβλέψεις του καθιερωμένου μοντέλου. Οι
Κοσμολόγοι ήδη βρίσκουν δυσκολία να συμβιβάσουν
την παρατηρηθείσα ασυμμετρία της ύλης με την
αντιύλη στο σύμπαν, με την ποσότητα της CP
παραβίασης, που προβλέπεται από το καθιερωμένο
μοντέλο, κι έτσι η σύγκρουση θα αναστατώσει τους
θεωρητικούς κάτι που ευχαριστεί τους
πειραματιστές.
"Εαν έλθουν κι άλλα τέτοια δεδομένα θα είναι
πολύ συναρπαστικό" είπε ο Dr. Hitlin
Αλλά πρώτα θα πρέπει να συμφωνήσουν οι
πειραματιστές μεταξύ τους. Ο Dr. Sugawara είπε ότι
στο πείραμα του KEK (της Ιαπωνίας), που λέγεται Belle,
βρήκαν μια μεγαλύτερη τιμή που ήταν σε συμφωνία
με το καθιερωμένο πρότυπο. Με μάλλον λιγώτερα
δεδομένα μέχρι εδώ από το πείραμα BaBar (του Stanford
της Καλιφόρνιας), τα λάθη του Belle ήταν επίσης
μεγάλα, ώστε τα δύο αποτελέσματα δεν θα μπορεί να
λεχθεί ότι είναι σε σύγκρουση. Ένα προηγούμενο
πείραμα στο Fermilab βρήκε μιά ακόμη μεγαλύτερη τιμή,
κοντά στο επάνω όριο των προβλέψεων, αν και ακόμη
μια φορά οι αβεβαιότητες ήταν σημαντικές.
Ο Dr. Eric Prebys, ένας φυσικός στο
Πανεπιστήμιο του Princeton που είναι συνεργάτης στο
Belle, είπε, "Οτιδήποτε αυτή τη στιγμή είναι
συνεπές με κάθε άλλο." Οι μετρήσεις όμως πρέπει
να συνεχιστούν, για να υπάρξουν σύμφωνα
αποτελέσματα.
Ωστόσο η επιστημονική βιομηχανία των
κατηγοριών που έχει αναπτυχθεί γύρω από την CP
παραβίαση άρχισε με μία ανύποπτη ανακάλυψη το 1964.
Πριν από το πείραμα, για το οποίο κέρδισαν
βραβείο Nobel οι Dr. James Cronin και Dr. Val Fitch το 1980, οι
επιστήμονες ήταν βέβαιοι ότι οι νόμοι της
Φυσικής ακριβώς υπάκουαν σε αυτό που ονομάζεται
CP συμμετρία.
Ελέγχοντας για την CP συμμετρία κάνουμε
την παρακάτω φανταστική διαδικασία: Πρώτα
παίρνουμε όλα τα σωματίδια και αντιστρέφουμε το
φορτίο τους (ο όρος "C") από θετικό σε
αρνητικό και αντίστροφα (για τα αντισωματίδια).
Τότε αλλάζουμε στα σωματίδια την
αριστερόστροφη ιδιοπεριστροφή και την
μεταρέπουμε σε δεξιόστροφη (ο όρος "P") και
αντίστροφα. Εαν τώρα τα νέα σωματίδια που θα
προκύψουν συμπεριφέρονται κατά τον ίδιο
τρόπο με τα παλιά, τότε οι νόμοι της Φυσικής
είναι αναλλοίωτοι στην CP μεταβολή.
Επειδή η CP διαδικασία αλλάζει κάθε
σωματίδιο στο αντισωματίδιο του, η CP συμμετρία θα
σημαίνει ότι οι φυσικοί νόμοι είναι ακριβώς
ίδιοι για την ύλη και την αντιύλη. Ο Dr. Cronin, του
Πανεπιστημίου του Chicago, και ο Dr. Fitch, του
Πανεπιστημίου του Princeton, άλλαξαν τελείως την
εικόνα που είχε ο κόσμος για την συμμετρία όταν
βρήκαν πως τα σωματίδια καόνια, μερικές φορές
διασπώνται με τρόπο που παραβίαζε αυτό τον
κανόνα. Δύο Ιάπωνες θεωρητικοί, ο Makoto Kobayashi και ο
Toshihide Maskawa, αργότερα έδειξαν πως το Καθιερωμένο
Μοντέλο θα μπορούσε να τροποποιηθεί για να
στεγάσει αυτό το αποτέλεσμα. Αλλά ακόμη κι αν η
αλλαγή της θεωρίας θα φέρει την CP παραβίαση σε
άλλα σωματίδια, οι πειραματιστές δεν έχουν ακόμη
σαφώς ανιχνεύσει αυτή την παραβίαση σε άλλα
σωματίδια πλήν των καονίων.
Για να κάνουν τα πράγματα ακόμη
χειρότερα, είπε ο Dr. Ligeti του Fermilab, οι θεωρητικοί το
βρίσκουν προβληματικό, για τεχνικούς λόγους, να
συγκρίνουν τα αποτελέσματα του καονίου με ένα
άμεσο τρόπο, με την ασυμμετρία που οι θεωρητικοί
βάζουν στο κέντρο του Καθιερωμένου Μοντέλου. Η
παραβίαση αυτή σκέφθηκαν να συνδεθεί με την
ασθενή αλληλεπίδραση, αλλά τα αποτελέσματα μιας
άλλης αλληλεπίδρασης που καλειται ισχυρή
περιέπλεξε τα ζητήματα αυτά στα καόνια.
"Για να εξετάσουμε μετά από αυτό, που
το Καθιερωμένο Μοντέλο είναι σωστό και που
λάθος," είπε ο Dr. Ligeti. "πρέπει να υπολογίσουμε
ποσότητες που εμείς δεν ξέρουμε πως να
υπολογίσουμε σωστά."
Το προλεγόμενο αποτέλεσμα της
συμμετρίας είναι απλούστερο να ερμηνευτεί και
μεγαλύτερο σε σημασία στα B μεσόνια, είπε ο Dr.
Fumihiko Takasaki, ένας φυσικός του KEK που είναι υπεύθυνος
για την ενημέρωση των φυσικών στο πείραμα Belle.
Έτσι και οι δύο πειραματικές ομάδες
βοήθησαν να δημιουργηθούν ζεύγη B μεσονίων
και αντι-Β μεσονίων συγκρούοντας μαζί ηλεκτρόνια
και ποζιτρόνια, σε επιταχυντές σωματιδίων. Τα
ηλεκτρόνια με τα ποζιτρόνια επιταχύνονται σε
υψηλές ενέργειες σε ένα γραμμικό επιταχυντή και
τότε μεταπηδούν σε ένα κυκλικό δακτύλιο, όπου
περιστρέφονται σε αντίθετες κατευθύνσεις και
συντρίβονται μαζί, είπε ο Dr. Riccardo Faccini, ένας
συνεργάτης στο πείραμα BaBar στο κέντρο
επιταχυντού του Stanford.
Σε μια στροφή μέσα στην πειραματική
διάταξη, τα ηλεκτρόνια και τα ποζιτρόνια
ρίχνονται με ελαφρά διαφορετικές ενέργειες ώστε
τα B μεσόνια, όταν δημιουργηθούν, να κινούνται
σταθερά σε μιά κατεύθυνση με περίπου τη μισή
ταχύτητα του φωτός αντί να παραμένουν ακίνητα. Η
κίνηση αυτή γίνεται με ένα έξυπνο τρόπο για να
καθυστερήσουν το μεσόνιο, και τότε το
αντισωματίδιο του να διασπάστεί σε μια δέσμη
σωματιδίων. Επιτρέποντας έτσι στους αναλυτές να
ανιχνεύσουν αυτόν τον πίδακα των ιχνών των
σωματιδίων, οι υψηλής ανάλυσης ανιχνευτές -- που
ονομάστηκαν Belle και BaBar -- εντοπίζουν το σημείο στο
οποίο οι διασπάσεις λαμβάνουν μέρος.
Αφότου τα Β μεσόνια κινούνται, η
απόσταση που έχουν ταξιδεύσει δίνει ένα μέτρο
του χρόνου μέσα στον οποίο γίνονται οι
διασπάσεις. Συγκρίνοντας τον χρόνο λεπτομερώς,
που εξαρτάται από τις διασπάσεις των Β και των
αντι-Β μεσονίων, οι φυσικοί μπορούν να ψάξουν για
αποδείξεις μιας ασυμμετρίας που θα αποδεικνύει
ότι συμμετέχει η CP παραβίαση.
Έτσι, από τα 10 εκατομμύρια B μεσόνια που
παράγονται στο BaBar, τα 120 ήταν του ειδικού τύπου
που επιτρέπει στην επιστημονική ομάδα να ψάχνει
για την CP παραβίαση, οδηγώντας τους στα
προκαταρκτικά αποτελέσματα. Η ομάδα στο Belle έχει
διαπιστώσει ακόμη λιγώτερα γεγονότα, αλλά και οι
δύο ομάδες συγκεντρώνουν μεγαλες ποσότητες
δεδομένων στην προετοιμασία τους για μία
συνολική επίθεση εναντίον του προβλήματος της
ασυμμετρίας και της CP παραβίασης.
"Η επιστήμη της CP παραβίασης στο Β
σύστημα φυσικής γεννήθηκε," είπε ο Dr. Christopher Hill,
ένας φυσικός στο Fermilab.
Τα μυστήρια της συμμετρίας και
ασυμμετρίας εκτείνονται προς τον κόσμο επίσης.
Οι επιστήμονες δεν έχουν δεν έχουν εντελώς
κατανοήσει γιατί το τμήμα του σύμπαντος που
έχουν παρατηρήσει γίνεται από συνηθισμένη ύλη.
Εαν οι νόμοι της σωματιδιακής φυσικής ήταν
ακριβώς οι ίδιοι για τα σωματίδια και τα
αντισωματίδια τους -- ένα είδος συμμετρίας -- τότε
η έκρηξη του Big Bang θα είχε δημιουργήσει ίσες
ποσότητες ύλης κι αντιύλης, που θα εκμηδένιζαν η
μία την άλλη, και το σύμπαν θα ήταν κενό.
