Αμφιβολία για την ύπαρξη των πεντακουάρκς

Πηγή: Nature Physics Portal, Απρίλιος 2005

Τα εξωτικά υποατομικά σωματίδια μπορεί να είναι ένα φάντασμα. Οι φυσικοί γύρισαν με άδεια χέρια από την αποστολή εύρεσης των πεντακουάρκς. Η έλλειψη ενδείξεων έχει οδηγήσει ορισμένους να αμφιβάλλουν ότι αυτά τα παράξενα υποατομικά σωματίδια, που έκαναν για πρώτη φορά την εμφάνισή τους το 2002, πράγματι υπάρχουν

Το πεντακουάρκ ανακαλύφθηκε στο σύγχροτρον SPring-8 στην Harima, της Ιαπωνίας. Το σωματίδιο πιστεύεται ότι αποτελείται από 5 κουάρκς, και είναι τόσο ασταθές ώστε οι φυσικοί συμπέραναν την ύπαρξή του από τα άλλα υπολείμματα των συγκρούσεων μεταξύ ακτίνων γ και ατόμων άνθρακα. 

Τριάδες από κουάρκς αποτελούν τα πρωτόνια και τα νετρόνια τα οποία είναι τα βασικά δομικά στοιχεία των ατομικών πυρήνων. Σωμάτια που αποτελούνται από 5 κουάρκς θα ήταν εντελώς ασυνήθιστα και θα καταγράφονταν σαν μια νέα μορφή της ύλης. 

Νέα πειράματα όμως στον Εθνικό Αμερικανικό Επιταχυντή Thomas Jefferson στο Newport News, της Virginia, δείχνουν τώρα ότι η ανακάλυψη ήταν μάλλον λανθασμένη. "Δεν τα είδαμε καθόλου στα πειράματα αυτά," λέει η Raffaella De Vita, του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής στη  Genoa, της Ιταλίας, η οποία παρουσίασε τα αποτελέσματα στο συνέδριο της Αμερικανικής Ένωσης Φυσικής στην Tampa, της Φλώριδας στις 16 Απριλίου.

"Νομίζω ότι είναι το μοναδικό εργαστήριο στον κόσμο που επανέλαβε τα πειράματα με δεκαπλάσια τουλάχιστον ευαισθησία," λέει ο Marco Battaglieri, ένας από τους συναδέλφους της De Vita. "Είναι η πρώτη φορά που αντιμετωπίζουμε το συγκεκριμένο πρόβλημα με τόσο καλή στατιστική," λέει ο ίδιος.

Ερευνώντας σε υψηλές και χαμηλές ενέργειες

Τα αποτελέσματα πυροδοτούν μια διαμάχη που έχει ξεσπάσει από τότε που πιστοποιήθηκε η πρώτη επαφή με τα πεντακουάρκς, σε περισσότερα από δέκα εργαστήρια τα οποία έψαξαν ενδείξεις των σωματιδίων αυτών σε επαναλήψεις των αρχικών πειραμάτων.  "Το 2003, υπήρξαν αρκετά θετικά αποτελέσματα, καθένας έβρισκε και κάτι," λέει ο Battaglieri.

Το 2004 όμως, τα αποτελέσματα από συγκρούσεις σε υψηλότερη ενέργεια δεν έδειξαν κανένα ίχνος από πεντακουάρκ, θέτοντας υπό αμφιβολία την αρχική ανακάλυψη. Συγκρούσεις σε υψηλότερη ενέργεια μας δίνουν γενικά πιο αξιόπιστα στατιστικά αποτελέσματα, αλλά μερικοί επιστήμονες σχολίασαν ότι αυτές οι συνθήκες εξαλείφουν κάθε ένδειξη του πεντακουάρκ. 

Έτσι, η ομάδα του Jefferson ξεκίνησε ένα σαφάρι στα υπολείμματα των συγκρούσεων ακτίνων γ πάνω σε στόχο υγρού υδρογόνου, επαναλαμβάνοντας ένα πείραμα που έγινε αρχικά στον επιταχυντή της Βόννης στη Γερμανία, και στο οποίο οι ερευνητές ισχυρίστηκαν ότι είχαν βρει το πεντακουάρκ. 

"Τα δεδομένα για την ύπαρξη του πεντακουάρκ δεν φαίνονται πειστικά," λέει ο Curtis Meyer, ένας φυσικός της σωματιδιακής φυσικής από το πανεπιστήμιο Carnegie Mellon στο Pittsburgh, της Φιλαδέλφειας, ο οποίος παρουσίασε μια λεπτομερή σύγκριση των πειραμάτων γύρω από το πεντακουάρκ στο συνέδριο.

Ο Meyer λέει ότι αφότου ανακοινώθηκε η ανακάλυψη στο SPring-8, πολλές ομάδες  ανέβηκαν στο τρένο της υπόθεσης αυτής. "Μερικά από τα αποτελέσματα αυτά ήταν πράγματι οριακά," λέει ο ίδιος. Ο  Battaglieri προσθέτει ότι τα αρχικά ευρήματα ήταν πιθανόν θόρυβος από το υπόβαθρο των πειραμάτων.

Η σούπα των κουάρκς

Οι επιστήμονες μελετούν πως συγκολλούνται τα κουάρκς, μια και το περισσότερο μέρος της ύλης που βλέπουμε γύρω μας αποτελείται από κουάρκς. Οι θεωρητικοί πιστεύουν ότι στα πρώτα δευτερόλεπτα, το Σύμπαν που μόλις είχε γεννηθεί ήταν γεμάτο από ένα πλάσμα κουάρκς και γκλουονίων. Τα γκλουόνια είναι τα σωματίδια που συγκολλούν τα κουάρκς μεταξύ τους. Η κατανόηση αυτής της σούπας των κουάρκς θα μπορούσε να αποκαλύψει γιατί το σύμπαν εξελίχθηκε στη μορφή που βλέπουμε σήμερα, λέει ο Meyer.

Οι προσπάθειες να βρεθεί το πεντακουάρκ έχουν δρομολογηθεί εδώ και αρκετά χρόνια και έχει γίνει συγχρόνως και μια αξιόλογη θεωρητική δουλειά λέει ο Meyer. Ο Meyer προσθέτει τα πειράματα στο εργαστήριο Jefferson που θα γίνουν στη συνέχεια, θα πείσουν κάθε έναν που αμφιβάλλει ακόμα, ότι το σωματίδιο δεν υπάρχει στην πραγματικότητα. 

Αναφορά:

1. NakanoT., et al. Phys. Rev. Lett., 91. 012002 (2003).