|
Το τελικό τεστ για την
συμμετρία CPT- μια από τις πιο
θεμελιώδεις συμμετρίες της φυσικής-
έχει φτάσει ένα βήμα πιο κοντά με την
παραγωγή 50000 ψυχρών ατόμων
αντιυδρογόνου στο CERN. Συγκρίνοντας την
ατομική δομή του υδρογόνου και του
αντιυδρογόνου, θα καταστεί δυνατόν να
ελέγξουμε την ισχύ της συμμετρίας CPT με
πιο μεγάλη ακρίβεια από κάθε άλλη
προηγούμενη φορά. (Βλέπε την δημοσίευση
των M Amoretti και άλλων στο περιοδικό Nature.)
Τα αντιάτομα παράγονται με
σύνδεση αντιπρωτονίων και ποζιτρονίων
μέσα σε μια σειρά από μαγνητικές και
ηλεκτροστατικές παγίδες.
Το καθιερωμένο μοντέλο της
σωματιδιακής φυσικής υποθέτει ότι στη
φύση διατηρείται η συμμετρία CPT. Με άλλα
λόγια, υποθέτει ότι οι νόμοι της
φυσικής δεν αλλάζουν αν όλα τα
σωματίδια σε μια αλληλεπίδραση
αντικατασταθούν από τα αντισωματίδιά
τους (C), αν αντιστραφεί η φορά και των
τριών κατευθύνσεων των αξόνων
συντεταγμένων στο χώρο (Ρ), και
αντιστραφεί και ο χρόνος (Τ). Είναι
γνωστό ότι η φύση παραβιάζει την
συμμετρία CP, δηλαδή φορτίου και
ομοτιμίας (parity). Δεν υπάρχει όμως καμιά
πειραματική ένδειξη ότι δεν
διατηρείται η συμμετρία CPT στη φύση.
 Κάθε
παραβίαση της συμμετρίας CPT θα
εκδηλωνόταν ως μια μικρή διαφορά στη
συχνότητα της που απορροφάται κατά την
διέγερση του υδρογόνου και του
αντιυδρογόνου, από την θεμελιώδη
στάθμη προς την πρώτη διεγερμένη
στάθμη. Η συχνότητα αυτή έχει μετρηθεί
με ακρίβεια 1,8 μέρη στα 1014 σε πειράματα
φασματοσκοπίας επί ψυχρών ατόμων
υδρογόνου, με φως laser. Η δημιουργία και η
παγίδευση ψυχρών ατόμων αντιυδρογόνου
αποτελεί το πρώτο βήμα για ν'
ακολουθήσει στη συνέχεια η
φασματοσκοπία και επ' αυτών των ατόμων.
Μικροί αριθμοί από άτομα αντιυδρογόνου
έχουν παραχθεί και στο παρελθόν στα
εργαστήρια CERN και Fermilab, αλλά τα
αντιάτομα αυτά κινούνταν αρκετά
γρήγορα ώστε να είναι χρήσιμα για
πειράματα ακριβείας. Τώρα το πείραμα
ATHENA, με συνεργασία φυσικών από την
Βραζιλία, Δανία, Ιταλία, Ιαπωνία,
Ελβετία και Αγγλία, έχει καταφέρει να
παράγει για πρώτη φορά μεγάλους
αριθμούς ατόμων αντιυδρογόνου.
Όλες οι παγίδες στο πείραμα ATHENA είναι
παραλλαγές της γνωστής παγίδας Penning, η
οποία χρησιμοποιεί ένα αξονικό
μαγνητικό πεδίο και πολλά ηλεκτρικά
πεδία για να παγιδεύει τα φορτισμένα
σωματίδια. Στο CERN, αντιπρωτόνια που
προέρχονται από έναν επιβραδυντή (AD),
επιβραδύνονται κι άλλο μέσα σ' ένα
λεπτό φύλλο, παγιδεύονται και ψύχονται
ακόμα περισσότερο μέσω συγκρούσεών
τους με ψυχρά ηλεκτρόνια. Ο AD δίνει
περίπου 20 εκατομμύρια αντιπρωτονίων σε
σύντομους παλμούς ανά διαστήματα των 100
δευτερολέπτων, και περίπου 3000 από αυτά
είναι διαθέσιμα για παραγωγή
αντιυδρογόνου μετά την παγίδευσή τους
και τα στάδια ψύξης τους. Συγχρόνως
ποζιτρόνια προερχόμενα από κάποια
ραδιενεργό διάσπαση-β, συναθροίζονται
σε μια ξεχωριστή παγίδα Penning.
Για την παραγωγή του αντιυδρογόνου,
περίπου 70 εκατομμύρια ποζιτρόνια
παγιδεύονται και ψύχονται στους 15
βαθμούς Kelvin περίπου. Στη συνέχει
περίπου 10000 αντιπρωτόνια από τον AD
οδηγούνται μέσα στο νέφος των
ποζιτρονίων με κατάλληλη μεταβολή του
ηλεκτρικού πεδίου, όπου τα
αντιπρωτόνια αναμιγνύονται με τα
ποζιτρόνια. Τα αντιάτομα μπορούν να
σχηματιστούν, μόνο αν το περίσσευμα της
ενέργειας και της ορμής κατά τη
σύγκρουση αντιπρωτονίου-ποζιτρονίου
μεταβιβάζεται σε ένα τρίτο παραγόμενο
σωματίδιο, οπότε η διαδικασία αυτή
αποκαλείται ανασυνδυασμός τριών
σωμάτων, ή σε ένα φωτόνιο (ανασυνδυασμός
με ακτινοβολία).
Καταλαβαίνουμε ότι σχηματίστηκαν
αντιυδρογόνα, όταν ένα αντιάτομο
καταφέρει να διαφύγει από την παγίδα
και εξαϋλωθεί με τα άτομα των
ηλεκτροδίων. Τα αντιπρωτόνια τυπικά
δημιουργούν ουδέτερα ή φορτισμένα
πιόνια, ενώ τα ποζιτρόνια εκπέμπουν
φωτόνια προς αντίθετες κατευθύνσεις,
τα οποία έχουν χαρακτηριστική ενέργεια.
Όλη η συσκευή διατηρείται σε
θερμοκρασία 150Κ, και τα άτομα
αντιυδρογόνου που σχηματίζονται
πιστεύεται ότι έχουν μια παρόμοια
θερμοκρασία. Δεν ανιχνεύτηκαν καθόλου
παραγόμενα αντιάτομα, όταν η
θερμοκρασία των ποζιτρονίων αυξήθηκε
σε αρκετές χιλιάδες βαθμών Kelvin.
Η ομάδα του ATHENA εκτιμά ότι παράχθηκαν
περίπου 50000 άτομα αντιυδρογόνου κατά το
πείραμα, αλλά δεν είναι βέβαιοι για τον
απόλυτο ρυθμό παραγωγής τους, τον
κυρίαρχο τρόπο ανασυνδυασμού ή την
κβαντική κατάσταση στην οποία
παράγονται τα αντιάτομα. Το τελευταίο
αυτό σημείο είναι σημαντικό διότι τα
άτομα του υδρογόνου ή τα αντιάτομα,
μπορούν να παγιδευτούν μόνο αν
παράγονται στην θεμελιώδη τους
κατάσταση.
Το επόμενο βήμα. λέει το μέλος της
ομάδας ATHENA, Mike Charlton του πανεπιστημίου
Wales Swansea, είναι να κατανοήσουμε τις
αντιδράσεις αντιπρωτονίου-ποζιτρονίου
στις λεπτομέρειές τους. "Το να
προσθέσουμε ένα σύστημα laser για να
κάνουμε φασματοσκοπία, μάλλον θα μας
πάρει αρκετά χρόνια, και ακόμα
περισσότερα θα μας πάρει η παγίδευση
των ατόμων αντιυδρογόνου", προσθέτει
ο ίδιος.
|
