Ακτίνες Χ αποκαλύπτουν περισσότερα για το καονικό υδρογόνο

Πηγή: PhysicsWeb, 10 Ιουνίου 2005

Σωματιδιακοί φυσικοί έκαναν τις πιο ακριβείς μετρήσεις που έγιναν μέχρι τώρα των ιδιοτήτων ενός εξωτικού ατόμου γνωστού ως καονικού υδρογόνου. Σε αυτό το άτομο ένα αρνητικό καόνιο περιστρέφεται γύρω από ένα πρωτόνιο, όπως ένα ηλεκτρόνιο κινείται γύρω από ένα πρωτόνιο σε ένα κανονικό άτομο υδρογόνου. Τα αποτελέσματα αυτά θα βοηθήσουν τους φυσικούς να μάθουν περισσότεροι για τις διαδικασίες διάσπασης της συμμετρίας που παράγουν τις μάζες των σωματιδίων, όπως επίσης και για την ισχυρή δύναμη που συγκρατεί τα πρωτόνια, τα νετρόνια και άλλα σωματίδια μαζί.

Η κατανόηση της κβαντικής χρωμοδυναμικής (QCD) - η θεωρία της ισχυρής πυρηνικής δύναμης - στις χαμηλές ενέργειες απαιτεί γνώση του μήκους σκέδασης που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων σε μηδενική κινητική ενέργεια. Εντούτοις, ο μόνος άμεσος τρόπος για να καθοριστεί αυτό το μήκος είναι να μετρηθεί η ενέργεια των ακτίνων X που εκπέμπονται όταν τα διεγερμένα καονικά άτομα υδρογόνου επανέρχονται στην θεμελιώδη κατάσταση τους.

Το πείραμα DEAR στο εργαστήριο INFN στο Frascati της Ιταλίας, πυροδοτεί καόνια χαμηλής ενέργειας πάνω σε έναν αεριώδη στόχο υδρογόνου. Το πείραμα στηρίζεται στις συγκρούσεις ηλεκτρονίου - ποζιτρονίου σε έναν επιταχυντή, που δημιουργούν πιόνια που, στη συνέχεια, διασπώνται σε καόνια. Το καονικό υδρογόνο σχηματίζεται όταν συγκρούεται ένα αρνητικό καόνιο με ένα άτομο υδρογόνου, χάνει την κινητική ενέργειά του και αντικαθιστά έπειτα το ηλεκτρόνιο σε μια διεγερμένη τροχιά γύρω από το πρωτόνιο. Όταν πέφτει το αρνητικό καόνιο στη θεμελιώδη κατάσταση (1s) τότε εκπέμπονται ακτίνες X.

Όταν το καόνιο φθάσει στην θεμελιώδη κατάσταση αρχίζει να δρα η ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ αυτού και του πρωτονίου. Αυτό αναγκάζει την ενέργεια της κατάστασης 1s να αυξηθεί. Το πείραμα έχει χρησιμοποιήσει τώρα έναν νέο ανιχνευτή CCD των ακτίνων X για να μετρήσει αυτές τις τιμές με πολύ μεγάλη ακρίβεια. Επιπλέον, η επιστημονική ομάδα ήταν σε θέση να προσδιορίσει για πρώτη φορά τις ακτίνες X που προκλήθηκαν από τις μεταβάσεις από διαφορετικές διεγερμένες καταστάσεις.

Με το πείραμα αυτό ελπίζουν οι φυσικοί να κατανοήσουν καλύτερα την QCD στις χαμηλές ενέργειες καθώς και το σπάσιμο της συμμετρίας.

Εν συνεχεία, οι φυσικοί θέλουν να εξετάσουν τις ιδιότητες του καονικού δευτερίου για πρώτη φορά, ενώ στο Frascati έχουν δει στοιχεία για μια δεσμευμένη κατάσταση που περιέχει αντικαόνιο και δύο πρωτόνια.