Η συμμετρία στη φυσική: Είναι ένα είδος απειλούμενο με εξαφάνιση;

Από σελίδα του Physics News Update 7 Φεβρουαρίου 2002

Η φυσική υψηλών ενεργειών είναι συχνά σε αναζήτηση των όμοιων ιδιοτήτων ανάμεσα στα φυσικά αντικείμενα. Παραδείγματος χάριν, οι φυσικοί θέλουν να ξέρουν εάν τα σωμάτια και τα αντισωμάτια συμπεριφέρονται όμοια.

Ένα σημαντικό ερώτημα είναι αν οι φυσικοί νόμοι είναι ίδιοι εάν απεικονίζουμε μια αλληλεπίδραση μεταξύ δύο σωματίων σε έναν υποθετικό καθρέφτη, ή εάν τρέξουμε την κινηματογραφική απεικόνιση της αλληλεπίδρασης προς τα πίσω.

Πολλές ομοιότητες , ή για να χρησιμοποιήσουν τον φυσικό όρο, "συμμετρίες," έχουν "σπάσει" δηλαδή έχουν πάψει να ισχύουν, καθώς το Σύμπαν ψύχεται και διαστέλεται. Έτσι μια ασυμμετρία ανάμεσα σε αριστερή και δεξιά απεικόνιση μιας αλληλεπίδρασης μέσα από ένα υποθετικό καθρέφτη αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια του πρώιμου Σύμπαντος, τουλάχιστον για εκείνες τις αλληλεπιδράσεις στις οποίες μεσολαβεί η ασθενής πυρηνική δύναμη.

Μια άλλη συμμετρία ή ομοιότητα η οποία υποθέτουμε ότι έπαψε να ισχύει με την πάροδο του χρόνου κατά την εξέλιξη του Σύμπαντος είναι η υποτιθέμενη συγγένεια μεταξύ φερμιονίων (σωμάτια με ημιακέραιη τιμή του σπιν, όπως τα κουάρκς και τα ηλεκτρόνια) και μποζονίων (σωμάτια με ακέραια τιμή του σπιν όπως είναι τα σωμάτια φορείς των δυνάμεων, φωτόνια, γκλουόνια και Ζ μποζόνια).

Αυτή η ιδιαίτερη συγγένεια, που περιέχεται και προβλέπεται από τη θεωρία της "Υπερσυμμετρίας" προβλέπει ότι όλα τα γνωστά μποζόνια έχουν κάποιο υπερσυμμετρικό (SUSY), που ονομάζεται με τηνπροσθήκη της κατάληξης -ίνο. Π.χ., το ταίρι του γκλουονίου θα ήταν το γκλουίνο. Στη θεωρία SUSY προβλέπεται επίσης ότι όλα τα γνωστά φερμιόνια έχουν ένα μποζόνιο που τους αντιστοιχεί και το οποίο ονομάζεται με την προσθήκη ενός -s πριν από το όνομα. Έτσι πχ ο SUSY συνεργάτης ενός quark είναι ένα squark.

Ακριβώς όπως οι άνθρωποι του Νεάντερταλ εξαφανίστηκαν ενώ οι Homo Sapiens επέζησαν, έτσι και κάτι στο πρώιμο Σύμπαν ευνόησε μερικά είδη σωματιδίων όπως λόγου χάριν τα up και down κουάρκς καθώς και τα ηλεκτρόνια, ενώ άλλα όπως τα περισότερα σωμάτια από αυτά που προβλέπει η SUSY εξαλείφθηκαν.

Εκτός ίσως από ένα μέρος όπως το εργαστήριο Fermilab όπου μέσα από πολύ έντονες συγκρούσεις πρωτονίων και αντιπρωτονίων μπορούν οι επιστήμονες να ξαναζωντανέψουν τις αρχικές στιγμές του Σύμπαντος.

Ψάχνοντας για γεγονότα στα οποία τρεις δέσμες σωματίων με υψηλές ενέργειες αναπηδούν από την περιοχή της αντίδρασης, οι φυσικοί με τη βοήθεια του ανιχνευτή CDF εκτελούν την πιο εξονυχιστική έρευνα για τα σωματίδια που προβλέπει η SUSY.

Μην βρίσκοντας κανένα θετικό στοιχείο, οι επιστήμονες του Fermilab έχουν καθιερώσει ένα νέο χαμηλότερο όριο (195 GeV) για τη μάζα ενός από τα σημαντικότερα σωματίδια της SUSY, το gluino.

Η βάση δεδομένων για αυτήν την προσεκτική ανάλυση μαζεύτηκε πραγματικά, αρκετά έτη πριν με τη νέα, δέσμη m. Πέντε φορές περισσότερα στοιχεία αναμένονται για το επόμενο έτος, και αυτό θα βοηθήσει την αναζήτηση αυτών των πολύ σπάνιων γεγονότων εμφάνισης των gluino.

Εάν και όταν παραχθεί ένα gluino, θα αποσυντεθεί αμέσως σε ένα υποθετικό ελαφρύτερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο (LSP), μια σταθερή οντότητα που μοιάζει με νετρίνο η οποία αλληλεπιδρά τόσο ελάχιστα ώστε θα συμπεράνουμε την παρουσία της από την έλλειψή της. Με μια μάζα τουλάχιστον 40 GeV, θα αποσπούσε πιθανώς ένα μεγάλο τμήμα ενέργειας που θα έλειπε από τη λογιστική της διατήρησης της ενέργειας κατά την αλληλεπίδραση.

Αυτή η κατάσταση δεν διαφέρει από τις πρώτες αναλυτικές μελέτες του Lavoisier στη χημεία της καύσης, η οποία βοήθησε να καθιερωθούν οι σύγχρονες έννοιές των ατόμων και της ενέργειας.

Το LSP δεν ανήκει ακριβώς μόνο στη σωματιδιακή φυσική. Σε μερικές θεωρίες αποτελεί την κύρια ποσότητα της ψυχρής σκοτεινής ύλης του Σύμπαντος.

(Αναφορά: Affolder και άλλοι: Physical Review Letters,28 Ιαν. 2002.)