Οι φυσικοί βρίσκουν "επαναστατικό" σωματίδιο

Από τη σελίδα του BBC, 30 Απριλίου 2004

Φυσικοί έχουν βρει ένα νέο υποατομικό σωματίδιο, που ονομάζεται Ds (2317). Λένε ότι θα τους βοηθήσει να καταλάβουν καλύτερα τους δομικούς λίθους της ύλης.

Το σωματίδιο αποτελείται από έναν ασυνήθιστο συνδυασμό δύο κουάρκ, που είναι από τα πιο θεμελιώδη σωματίδια της φύσης και τις ιδιότητές τους δεν έχει προβλέψει μέχρι τώρα η θεωρία.

Η ανακοίνωση έγινε από το φυσικό Antimo Palano σε μια αίθουσα συνεδριάσεων στο Γραμμικό Κέντρο Επιταχυντή του Στάνφορντ (Slac) στις ΗΠΑ.

Αυτή η ανακάλυψη έγινε από τη διεθνή επιστημονική κοινοπραξία BaBar, η οποία λειτουργεί έναν ανιχνευτή στο Slac, που αναλύει τα 'συντρίμμια' από τις υποατομικές συγκρούσεις σωματιδίων.

"Πίσω στους πίνακες"

"Συγχαρητήρια στη συνεργασία BaBar", λέει ο διευθυντής του Slac, Jonathan Dorfan.

"Η ύπαρξη του σωματιδίου δεν είναι μια έκπληξη, αλλά η μάζα του είναι χαμηλότερη από όσο αναμενόταν. Αυτό το αποτέλεσμα θα στείλει τους θεωρητικούς φυσικούς να σχεδιάσουν πάλι τους πίνακες τους".

Τα κουάρκ είναι θεμελιώδη σωματίδια. Υπάρχουν έξι τύποι κουάρκ στη φύση. Το "πάνω" και το "κάτω" κουάρκ είναι τα ελαφρύτερα, και βρίσκονται μέσα στους πυρήνες των ατόμων της συνηθισμένης ύλης.

Υπάρχουν επίσης τα "γοητευτικά" ή charm, τα "παράξενα" ή strange, καθώς επίσης και τα "top" και "bottom". Αυτά είναι βαρύτερα από τα up και down κουάρκ. Τα κουάρκ μπορούν επίσης να έχουν τα αντισωμάτια τους όπως αντι-κάτω, κ.λ.π.

Τα βαρύτερα κουάρκ ήταν παρόντα στις απαρχές του Σύμπαντος και δημιουργούνται σήμερα στους επιταχυντές σωματιδίων και στις συγκρούσεις των κοσμικών ακτίνων με άτομα στη γήινη ατμόσφαιρα.

Το Ds (2317) συνδυάζει ένα charm κουάρκ με ένα άλλο βαρύ κουάρκ  - ένα αντι-strange κουάρκ.

BaBar

Η ομάδα του BaBar χρησιμοποίησε δεδομένα από συγκρούσεις ηλεκτρονίων-ποζιτρονίων στον ασύμμετρο δακτύλιο αποθήκευσης  PEP-II του  SLAC. Έκαναν το διάγραμμα του αριθμού των γεγονότων που ήταν υποψήφια να δείχνουν την παρουσία των σωματιδίων D_s ως συνάρτηση της μάζας και παρατήρησαν μια στενή κορυφή στην κατανομή, κοντά στα 2,32 GeV. Βλέπε την εικόνα. 

Το BaBar ανιχνεύει το νέο σωματίδιο D_s(2317). Οι μεγάλες κορυφές κοντά στο κέντρο των δύο εικόνων παράγονται από τις διασπάσεις του σωματιδίου σ' ένα σύστημα που αποτελείται από ένα μεσόνιο D_s(1969) και ένα ουδέτερο πι-μεσόνιο (Η φωτο είναι από το Stanford Linear Accelerator Center). 

Σωματίδια που αποτελούνται από ένα κουάρκ "γοητεία" και ένα "παράξενο" αντικουάρκ, έχουν ανιχνευτεί και προηγούμενα.

Όμως η μάζα του νέου μεσονίου - όπως λέγονται τα σωματίδια που αποτελούνται από ένα κουάρκ και ένα αντικουάρκ - είναι μικρότερη από αυτή που προβλέπουν τα θεωρητικά μοντέλα.

Επιπλέον, το μικρό εύρος της καμπύλης και ο τρόπος διάσπασής του, διαφέρουν επίσης απ' ότι προβλέπει η θεωρία. Αυτό μπορεί να σημαίνει ότι τα σημερινά μοντέλα για τα μεσόνια που περιέχουν το "γοητεία", και τα δυναμικά των κουάρκ χρειάζονται να τροποποιηθούν.

Μπορεί όμως και να έχουμε την περίπτωση ενός σωματίου που βρίσκεται σε μια κατάσταση με 4 κουάρκ. Κάτι δηλαδή που δεν έχουμε παρατηρήσει πριν. Η ομάδα πιστεύει ότι αυτά τα απροσδόκητα ευρήματα θα μπορούσαν να φωτίσουν τις δυνάμεις που συγκρατούν μαζί τα κουάρκ και τα ίδια τα γλουόνια.  

"Από τις απροσδόκητες κατευθύνσεις"

Οι φυσικοί χαιρέτησαν την ανακάλυψή του σαν κάτι σημαντικό επειδή έχει μια απροσδόκητη ιδιότητα που θα βοηθήσει ώστε να κατανοηθεί καλύτερα η ισχυρή πυρηνική δύναμη που δεσμεύει τα κουάρκ μαζί.

Αυτή η δύναμη, αντίθετα από τις περισσότερες άλλες στη φύση, γίνεται ισχυρότερη καθώς η απόσταση μεταξύ των δύο κουάρκ αυξάνει.

Ο Marcello Giorgi, από το Πανεπιστήμιο της Πίζας, που καθοδηγεί τη συνεργασία BaBar, είπε: "Μερικές φορές, οι πιο συναρπαστικές ανακαλύψεις έρχονται από απροσδόκητες κατευθύνσεις. Υπάρχει ένας ενθουσιασμός στο πείραμα εδώ και λίγες εβδομάδες.

"Έχουμε ανακαλύψει ένα νέο σωματίδιο charm σε ένα πείραμα που σχεδιάζεται για να εξετάσει τη διαφορά μεταξύ της ύλης και αντιύλης χρησιμοποιώντας τα bottom κουάρκ".

Ο Bob Cahn, ένας συνεργάτης της συνεργασίας BaBar από το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence στο Μπέρκλεϋ, πρόσθεσε: "Η απροσδόκητη μάζα που βρήκαμε θα μας κάνει να κοιτάξουμε πάλι στις δυνάμεις μεταξύ των κουάρκ. Έτσι θα υποκινήσει νέο ενδιαφέρον για τα συστήματα των κουάρκ charm".

Και ο Raymond Orbach, διευθυντής του γραφείου του Αμερικανικού Τμήματος Ενέργειας, είπε: "Το πείραμα BaBar συνεχίζει να παράγει σημαντική νέα γνώση προσθέτοντας συνεχώς στη θεμελιώδη κατανόηση της δομής της ύλης".