Ανακαλύφθηκε το μυστικό της ύλης και της αντιύλης

Από σελίδα του BBC 14-Μαίου-2001

Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN): Ένα από τα εργαστήρια, για να συναρμολογήσει τις πληροφορίες που υπάρχουν.

Οι επιστήμονες έχουν διευκρινίσει ένα από τα πιό καλύτερα κρατημένα μυστικά της φύσης και, με αυτές τις ενέργειες, έχουν βοηθηθεί στην εξήγηση γιατί είμαστε όλοι εδώ.

Όλα έρχονται από κάτι που αποκαλείται άμεση παραβίαση της ομοτιμίας του φορτίου (CP) και η λεπτή επίδραση είναι κρίσιμη για την προτίμηση της φύσης για την ύλη πάνω στην αντιύλη.

Όταν ο κόσμος γεννήθηκε, θα έπρέπε να υπήρχαν ίσα ποσά ύλης και η αντίστοιχα της, η αντιύλη. Και αμέσως μετά από το Big Bang, όλη το υλικό στο Σύμπαν θα έπρεπε να εξαφανίστηκε καθώς η ύλη και η αντιύλη συγκρούστηκε, καταστρέφοντας το ένα το άλλο.

Αλλά, φαίνεται ότι υπάρχει μια μικροσκοπική διαφορά μεταξύ των δύο - και αυτή η διαφορά μεταξύ ύλης και αντιύλης, αφήνει ακριβώς λίγη ύλη πίσω, αρκετή για να κάνει τους γαλαξίες, τα αστέρια τους, κι εσάς. Χάρις στα πιό πρόσφατα πειράματα, οι ερευνητές έχουν τώρα μια πολύ σαφέστερη ιδέα ως προς τον τρόπο με τον οποίο αυτά τα θεμελιώδη γεγονότα συνέβησαν.

Η πραγματική επίδραση

Για να βρουν την επίδραση, οι επιστήμονες εξέτασαν τη συμπεριφορά ενός ιδιαίτερου υπο-ατομικού σωματιδίου, που αποκαλείται ουδέτερο Κ-μεσόνιο, που δημιουργείται για μια εφήμερη στιγμή σε ένα γιγαντιαίο συγρουστή-σπαστήρα ατόμων.

Μετά από 10 έτη ανάπτυξης ανιχνευτών, συλλογής δεδομένων και ανάλυσης, το νέο αποτέλεσμα είναι βασισμένο στην παρατήρηση 20 εκατομμυρίων της CP-παραβίασης των διασπάσεων των ουδέτερων Κ-μεσόνιων.

Η μικροσκοπική διαφορά στα ποσοστά αποσύνθεσης των ουδέτερων Κ-μεσόνιων και των αντισωματίων τους έχει καθοριστεί με μια ακρίβεια ενός μέρους σε ένα εκατομμύριο. Οι επιστήμονες λένε ότι η μελέτη της άμεσης παραβίασης CP είναι ένα παράδειγμα της αυστηρότητας που περιλαμβάνεται στην καθιέρωση των επιστημονικών γεγονότων.

Τα πρώτα πειράματα πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN) στην Ελβετία και στο Fermi στο Εθνικό Εργαστήριο Επιταχυντών (Fermilab) στις ΗΠΑ. Αλλά τα αρχικά αποτελέσματα, που δημοσιεύθηκαν το 1993, δεν ήταν αρκετά ακριβή για να επιβεβαιώσουν ότι η άμεση CP-παραβίαση ήταν μια πραγματική επίδραση. Χρειάζονταν ακριβέστερες μετρήσεις.

Και οι δύο ομάδες έχουν μετρήσει τώρα το φαινόμενο με αρκετές φορές μεγαλύτερη ακρίβεια από τους προκατόχους τους και και τα δύο αποτελέσματα καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι η άμεση παραβίαση CP υπάρχει.

Τα μυστικά της συμμετρίας

Η ουσία της ομοτιμίας του φορτίου (CP) είναι η έννοια της συμμετρίας. Και το C και το P  είναι συμμετρίες που διατηρούνται στις περισσότερες αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων.

Το C αντιπροσωπεύει την ανταλλαγή των ηλεκτρικών φορτίων όλων των υπο-ατομικών σωματιδίων σε μια αλληλεπίδραση. Με άλλα λόγια, αντικαθιστώντας τα σωματίδια με τα αντισωμάτια τους. Το Ρ καλείται ομοτιμία και αντιστοιχεί στο κοίταγμα σε έναν καθρέφτη που αντιστρέφει και τις τρεις χωρικές συντεταγμένες.

Στην αρχή οι φυσικοί σκέφθηκαν ότι και το C και το P διατηρούνται στις αλληλεπιδράσεις των σωματιδίων, αλλά το 1956 ο Τ.Lee και ο C.Yang κατέδειξαν ότι το P θα μπορούσε να παραβιαστεί σε ορισμένες αλληλεπιδράσεις. Εντούτοις, ο συνδυασμός του C και του P ακόμα σκέφθηκαν πως διατηρείται - αλλά αυτό έχει δοκιμασθεί πως δεν ισχύει.

Η προβλεφθείσα CP-παραβίαση παρατηρήθηκε αρχικά στο Αμερικανικό εργαστήριο  Brookhaven από τους επιστήμονες το 1964, όταν το πείραμα τους, που βραβεύτηκε με το Νόμπελ,  έδειξε ότι τα σωματίδια που αποκαλούνται μακρόβια  (long-lived) ουδέτερα καόνια αποσυντέθηκαν περιστασιακά σε δύο πιόνια, μια διαδικασία με παραβίαση CP.

Τώρα έχουν μια ακριβή μέτρηση της παραβίασης CP και η διαφορά μεταξύ της ύλης και της αντι-ύλης, και οι επιστήμονες είναι ένα βήμα πιό κοντά στην κατανόηση πώς έγιναν όλα αρχικά, στο Big Bang.