Θα χτιστεί εργοστάσιο για τα σωματίδια φάντασμα, τα νετρίνο

Από σελίδα του BBC, 6 Νοεμβρίου 2002

Isis, το πιο ισχυρό εργοστάσιο παραγωγής νετρίνων

Στην ευρύτερη περιοχή της Οξφόρδης, οι σωματιδιακοί φυσικοί θα φτιάξουν ένα εργοστάσιο παραγωγής νετρίνων, για την επίλυση μερικών από τα μυστήρια του Κόσμου.

Το νετρίνο είναι η πιο μικροσκοπική ποσότητα της ύλης, που έχουν ονομαστεί τα "σωματίδια φάντασμα". Τα νετρίνα δεν ζυγίζουν σχεδόν τίποτα, αλλά θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην εξήγηση γιατί το Σύμπαν και όλα όσα υπάρχουν μέσα σε αυτό, υπάρχουν.

Εάν οι ελπίδες των επιστημόνων πραγματοποιηθούν, στο εργοστάσιο που θα φτιαχτεί στην Αγγλία, θα ριχτούν μιόνια (που είναι εξωτικά σωματίδια μεγαλύτερης μάζας και με μικρότερη διάρκεια ζωής από τα ηλεκτρόνια),  για να περιστραφούν μέσα σε ένα υπόγειο δακτύλιο μήκους αρκετών χιλιομέτρων.

Δεξιά: Το Παρατηρητήριο Νετρίνων Sudbury στον Καναδά: Ανιχνεύει νετρίνα από τον Ήλιο.

Καθώς τα μιόνια θα αποσυντεθούν, θα δημιουργηθούν πυκνές ακτίνες νετρίνων με μια γνωστή σύνθεση που  έπειτα θα κατευθυνθούν προς ανίχνευση σε συσκευές, που θα βρίσκονται χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά, μέσω της Γης όπου η σύνθεση των σωματιδίων θα είναι διαφορετική.

Οι ακριβείς λεπτομέρειες αυτής της διαφοράς είναι ένας πολύ ευαίσθητος έλεγχος των νόμων της φύσης.

Το Εργαστήριο Rutherford Appleton κοντά στο Didcot είναι μια πιθανή περιοχή για το εργοστάσιο των νετρίνων, καθώς εκεί η παγκόσμια κοινότητα των φυσικών ετοιμάζει νέα μελλοντικά πειράματα.

Ένας νέος επιταχυντής σωματιδίων, ο μεγάλος Συγκρουστής Αδρονίων ή LHC, χτίζεται ήδη στο Κέντρο Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN), το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο για τη Σωματιδιακή Φυσική στη Γενεύη, για να εξερευνήσει αυτό που είναι γνωστό ως συνθήκες υψηλής ενέργειας.

Αυτό το εργοστάσιο, οφείλει να ξεκινήσει το 2007.

Εντούτοις, οι επιστήμονες συζητούν ήδη για τις άλλες διευκολύνσεις που θα απαιτηθούν για να ολοκληρώσουν την αναζήτηση της νέας φυσικής, που πρέπει να υπάρξει πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο των σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεων τους.

Και ένα εργοστάσιο νετρίνων θα είναι ένα από τα βασικά κλειδιά, που απαιτούνται για αυτήν την στοιχειώδη εργασία.

Ένα επιχείρημα για την οικοδόμηση του εργοστασίου των νετρίνων στο εργαστήριο Rutherford Appleton είναι ότι η περισσότερη υποδομή ήδη υπάρχει.

Σε αυτό το φημισμένο Εργαστήριο υπάρχει η ισχυρότερη μηχανή παραγωγής νετρονίων και μιονίων σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι επιστήμονες από όλη τη Γη έρχονται για να συμμετάσχουν στο πρόγραμμα παραγωγής στο εργοστάσιο, που είναι γνωστό ως Isis, για να εξετάσουν τη δομή και τη δυναμική της ύλης.

Ο Δρ Andrew Taylor, ο Διευθυντής του Isis, λέει ότι επέτυχε να είναι στην πρώτη θέση παγκοσμίως, με τη βοήθεια των των επιταχυντών, που αναπτύχθηκαν για τη σωματιδιακή φυσική στη δεκαετία του '70. 

Βραβείο Νόμπελ Φυσικής 2002

Ένα εργοστάσιο νετρίνων θα χρησιμοποιηθεί για την εύρεση περισσοτέρων πληροφοριών για τις θεμελιώδεις ιδιότητες των νετρίνων, της πρόσφατα ανακαλυμμένης μάζας τους και του φαινομένου των ταλαντώσεων του νετρίνο, που πρόσφατα ήρθαν στην επιφάνεια με το βραβείο Νόμπελ Φυσικής στους Ray Davis και Masatoshi Koshiba.

Αυτά τα πειράματα επίσης μπορούν να ρίξουν φως στη χαμένη αντιύλη του Σύμπαντος. Κατά την διάρκεια του Big Bang, η ύλη θέμα και η αντιύλη πιθανά είχαν παραχθεί σε ίσες ποσότητες και, σύμφωνα με τη θεωρία, αυτές πρέπει να εκμηδενίστηκαν μεταξύ τους παράγοντας μια ακτινοβολία. 

Πώς όμως η κανονική ύλη εξουσίασε το Σύμπαν είναι ένας γρίφος.

Ένα εργοστάσιο νετρίνων θα μπορούσε να δώσει μια πολύ δύσκολη εξήγηση για τη μικροσκοπική ασυμμετρία, που υπάρχει ανάμεσα στις  ιδιότητες της ύλης και της αντιύλης, και να βοηθήσει να εξηγήσει που πήγε όλη η χαμένη αντιύλη.

Είναι πιθανόν ότι οι ταλαντώσεις (οι μετατροπές ενός είδους νετρίνου σε ένα άλλο είδος καθώς ταξιδεύει) μπορεί να είναι λεπτές διαφορές για τα νετρίνα και τα αντινετρίνα. Ακόμα και μια μικρή διαφορά θα μπορούσε να έχει έναν πολύ μεγάλο κοσμολογικό αντίκτυπο λόγω του τεράστιου αριθμού νετρίνων που είναι ακόμα γύρω μας ως λείψανα της Μεγάλης Έκρηξης.

Πρώτα βήματα

Το εργοστάσιο που θα κοστίσει πολλά εκατομμύρια δολάρια, θα χρειαστεί τουλάχιστον 10 χρόνια για να ολοκληρωθεί.

Το πρώτο κρίσιμο επίτευγμα είναι να τροποποιήσει το Isis για αυτό που είναι γνωστό ως πείραμα ψύξης ιονισμού του μιονίου (MICE).

O Dr Bill Murray, ένας σωματιδιακός φυσικός στο εργαστήριο Rutherford, εξηγεί: "Το Mice είναι μια τεχνολογία επίδειξης, για να καταδειχθεί ότι μπορούμε να προετοιμάσουμε μιόνια για επιτάχυνση στα 2 χιλιοστά του ενός δευτερολέπτου προτού αυτά αποσυντεθούν."

Μια διεθνής συνεργασία επιστημόνων από την Ευρώπη, τη Βόρεια Αμερική και την Ασία εργάζεται πάνω σε μια πρόταση για το πείραμα MICE, για να είναι έτοιμη το Δεκέμβριο.

Ένα αστείο για τα σωματίδια

Σε έναν καθηγητή του προγράμματος Isis, του Peach, του αρέσει να λέει μια ιστορία για να περιγράψει την εργασία του σε έναν ξένο.

Ακολουθώντας τις ιδέες του διάσημου φυσικού Richard Feynman, αυτός λέει στον ξένο ότι ξέρει τη μυστική εξίσωση που περιγράφει το Σύμπαν - είναι απλό "U=0", όπου το U αντιπροσωπεύει το Σύμπαν. Αλλά η μόνη ερώτηση που πρέπει να απαντήσουμε είναι "τι είναι το U;"

Η οικοδόμηση ενός εργοστασίου νετρίνων προσφέρει μια νέα ευκαιρία, πέρα από το γνωστό συγκρουστή ατόμων του Κέντρου Πυρηνικών Μελετών και Ερευνών (CERN), ώστε να καλύψουμε πιο πολλά κενά τα οποία έχουμε πάνω στο πως δουλεύει το Σύμπαν στο πιο θεμελιώδες επίπεδό του.