Σπάει το αδιέξοδο μεταξύ θεωρίας και πειραμάτων για το κουάρκ

Από το Πανεπιστήμιο του Chicago, 29 Αυγούστου 2004

Επιστήμονες του πανεπιστημίου του Σικάγου φαίνεται ότι έλυσαν έναν 20-ετή γρίφο στη φυσική σωματιδίων χρησιμοποιώντας στοιχεία από ένα πείραμα που πραγματοποιήθηκε όμως για έναν εξολοκλήρου διαφορετικό σκοπό.

Οι φυσικοί από καιρό δεν μπορούσαν να καταλάβουν για το πως μερικά κουάρκ αλληλεπιδρούν στη διάσπαση βήτα των σωματιδίων, μια συνηθισμένη μορφή ακτινοβολίας. Ή τα δωδεκάδες πειράματα που έκαναν οι φυσικοί επί 30 χρόνια τώρα ήταν λάθος ή ήταν λάθος οι θεωρίες των επιστημόνων. Τώρα, σε τέσσερις ανακοινώσεις επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Σικάγου έδειξαν ότι οι θεωρίες είναι σωστές.

"Τα αποτελέσματά μας είναι σύμφωνο με τις θεωρητικές προβλέψεις", ΄λέει ο Edward Blucher, καθηγητής της φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου. Οι Edward Blucher, Richard kessler και Sasha Glazov, του γερμανικού εργαστηρίου φυσικής σωματιδίων DESY, υπογράφουν τις τρεις ανακοινώσεις. Τα πειράματα έγιναν στον επιταχυντή Tevatron στο εθνικό εργαστήριο επιταχυντών Fermi και θα δημοσιευτούν στο Physical Review D και Physical Review Letters.

Ο Blucher και οι συνάδελφοί του βάσισαν τα ευρήματα τους σε ακριβή στοιχεία που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια ενός πειράματος στο εθνικό εργαστήριο επιταχυντών Fermi το 1997.

Το πείραμα στο Fermilab σχεδιάστηκε για την αναζήτηση του φαινομένου της παραβίασης CP, μια διαδικασία που αναγκάζει τη φύση να παραγάγει περισσότερη ύλη από ό,τι αντιύλη. Η ομάδα αυτή  έκανε την οριστική παρατήρηση ενός νέου τύπου παραβίασης CP το 1999. Η πρώτη παρατήρηση αυτής της παραβίασης CP ήταν το 1964, σε ένα πείραμα με το οποίο οι James Cronin και Val Fitch κέρδισαν βραβείο Νόμπελ το 1980 στη φυσική.

Αλλά αυτό το πείραμα - της παραβίασης CP - τους οδήγησε σε μια νέα έρευνα για την κατανόηση της ασθενούς πυρηνικής δύναμης, μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης. Αυτή η δύναμη είναι υπεύθυνη για την εκπομπή των βήτα σωματιδίων από τον πυρήνα (ηλεκτρόνια) και είναι η αλληλεπίδραση με την οποία παράγει ενέργεια ο ήλιος.

Στα προηγούμενα πειράματα, οι φυσικοί υπολόγιζαν πώς τα επάνω (up) κουάρκ συνδέονταν με τα κάτω (down) κουάρκ και τα παράξενα (strange) κουάρκ.

Στα πειράματα λοιπόν αυτού του τύπου μέχρι πρότινος οι πειραματικές τιμές ήταν κατά τι μικρότερες των θεωρητικών τιμών.

Αλλά στο πείραμα με τον κωδικό αριθμό 865, στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven που έγινε πέρυσι με τα φορτισμένα καόνια, για πρώτη φορά υπήρξε σύγκρουση μεταξύ των νέων με τα παλιά αποτελέσματα.  Αλλά και οι νέες πληρέστερες μετρήσεις που έγιναν με το ουδέτερο καόνιο από την ομάδα του Blucher δείχνουν παρόμοια αποτελέσματα.

Τα παράξενα κουάρκ είναι ένα συστατικό των ουδέτερων καονίων που παρήχθησαν στο πείραμα του Fermilab.

Κατά συνέπεια η ομάδα του Blucher ήταν σε θέση να μελετήσει ένα από τα κρίσιμα στοιχεία της ερώτησης: Πώς τα πάνω κουάρκ συνδέονται με τα παράξενα κουάρκ παρατηρώντας το πώς η μία μορφή διασπάται σε μια άλλη.

Οι μετρήσεις αποκάλυψαν ότι η δύναμη σύζευξης των παράξενων κουάρκ με τα επάνω κουάρκ ήταν 3% μεγαλύτερη από αυτή που είχε μετρηθεί στα προηγούμενα πειράματα. Έτσι, τα νέα πειραματικά αποτελέσματα συμφωνούν με τους θεωρητικούς υπολογισμούς.