Μια παραβίαση της συμμετρίας φορτίου

Από την ιστοσελίδα  του PhysicsWeb, 8 Απριλίου 2003

Οι φυσικοί στο Πανεπιστήμιο της Ινδιάνα έχουν παρατηρήσει μια σπάνια αντίδραση που παραβιάζει τη συμμετρία φορτίου για πρώτη φορά. Ο Edward Stephenson και οι συνάδελφοι του έκαναν αυτή τη σημαντική ανακάλυψη ανιχνεύοντας πιόνια και πυρήνες ηλίου οι οποίοι δημιουργήθηκαν κατά τις συγκρούσεις μεταξύ των βαρέων ισοτόπων του υδρογόνου. Η ανακάλυψη, που αναγγέλθηκε σε μια συνεδρίαση της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικής αυτή την εβδομάδα, πρέπει να βοηθήσει τους φυσικούς να καταλάβουν γιατί περίσσεψαν περισσότερα πρωτόνια από νετρόνια μετά από το Big Bang .

Σύμφωνα με τη συμμετρία φορτίου τα πρωτόνια και τα νετρόνια πρέπει να έχουν τις ίδιες ιδιότητες. Αυτή η συμμετρία είναι προφανώς σπασμένη επειδή το πρωτόνιο έχει ένα θετικό ηλεκτρική φορτίο ενώ το νετρόνιο είναι ουδέτερο. Επιπλέον, το νετρόνιο είναι ελαφρώς βαρύτερο από το πρωτόνιο και διασπάται προς ένα πρωτόνιο, ένα ηλεκτρόνιο και ένα νετρίνο μετά από περίπου δέκα λεπτά. Εντούτοις, τα πρωτόνια και τα νετρόνια συμπεριφέρονται το ίδιο σε πολλές άλλες πυρηνικές αντιδράσεις.

Ο Stephenson και οι συνάδελφοι του χρησιμοποίησαν τη δυνατότητα του κυκλότρου, στην Ινδιάνα, για να κατευθύνουν μια ακτίνα δευτερονίων - πυρήνες που περιέχουν ένα πρωτόνιο και ένα νετρόνιο - σε ένα στόχο αερίου δευτερίου. Όλοι οι πυρήνες ηλίου που φτιάχτηκαν σε αυτήν την διαδικασία συλλέχθηκαν και ανιχνεύθηκαν. Τα βραχύβια πιόνια παράγονται κατά την αντίδραση διάσπασης προς ζεύγη φωτονίων, τα οποία επίσης ανιχνεύθηκαν. Η ομάδα συνέλεξε αρκετά τέτοια γεγονότα για να είναι σε θέση να υπολογίσει το ποσοστό στο οποίο εμφανίζεται η αντίδραση σύντηξης.

Οι θεωρητικοί φυσικοί θεωρούν ότι το σπάσιμο της συμμετρίας φορτίου δημιουργείται με τα κουάρκ - τα σωματίδια από τα οποία αποτελούνται τα πρωτόνια και τα νετρόνια. Ένα πρωτόνιο περιέχει δύο up κουάρκ και ένα down κουάρκ, ενώ ένα νετρόνιο περιέχει ένα up και δύο down. Μέρος της παραβίασης θεωρείται ότι προκύπτει από το γεγονός ότι τα κουάρκ up και down έχουν διαφορετικά φορτία - + 2/3 και -1/3 αντίστοιχα - και μερικά οφείλεται πιθανά στις διαφορετικές μάζες τους.

"Η λύση σε αυτό το αίνιγμα είναι μέρος της ιστορίας του σχηματισμού του Σύμπαντος μετά από το Big Bang", λέει ο  Stephenson. "Καθώς το Σύμπαν ψύχθηκε, επιτεύχθηκε ένα σημείο όπου τα νετρόνια και τα πρωτόνια μπόρεσαν να βρεθούν χωριστά. Ως αποτέλεσμα του σπασίματος της συμμετρίας φορτίου, σχηματίστηκαν περισσότερα πρωτόνια από νετρόνια και έτσι, ο αρχικός Κόσμος περιείχε υδρογόνο - το οποίο αργότερα τροφοδότησε με καύσιμα τα αστέρια. Εάν το πρωτόνιο ήταν βαρύτερο, τότε τα νετρόνια θα ήταν το αφθονότερο σωματίδιο και το υδρογόνο δεν θα μπορούσε να είχε επιζήσει".

Τα αποτελέσματα της ομάδας της Ινδιάνα θα υποβάλει τα αποτελέσματά της στο Physical Review Letters σύντομα.