Μήπως έχει βρεθεί νέα φυσική στο γηρασμένο επιταχυντή Tevatron;

Πηγή: NewScientist, 3 Νοεμβρίου 2008

Ενώ οι μηχανικοί στο Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) κάνουν αγώνα δρόμου για να λύσουν τα προβλήματα του ώστε να αρχίσει να ψάχνει για νέα σωματίδια, ο γηραιός προκάτοχος του, ο επιταχυντής Tevatron στο Fermilab του Ιλινόι, αρνείται να αποχωρήσει από το προσκήνιο

Την περασμένη εβδομάδα, φυσικοί ανακοίνωσαν ότι ο επιταχυντής σωματιδίων Tevatron έχει παράγει σωματίδια που αδυνατούν να εξηγήσουν. Θα μπορούσε άραγε το γεγονός αυτό να είναι σημάδι μιας νέας φυσικής;

Ο ανιχνευτής σωματιδίων στο Fermilab (CDF) παρακολουθεί τα σωματίδια που γεννιούνται από τις συγκρούσεις μεταξύ πρωτόνια και αντι-πρωτονίων, που επιταχύνονται και συγκρούονται κατά μέτωπο μέσα στον Tevatron. Η σύγκρουση γίνεται μέσα στο εσωτερικό ενός στενού σωλήνα διαμέτρου 1.5 εκατοστών, που περιορίζει τα πρωτόνια και αντι-πρωτόνια, ενώ τα σωματίδια που δημιουργούνται μετά τη σύγκρουση ανιχνεύονται από στρώματα ηλεκτρονικών τα οποία είναι τριγύρω τους.

Στην προκειμένη περίπτωση, ο ανιχνευτής CDF έψαχνε για κουάρκ και αντι-κουάρκ bottom που διασπώνται, μεταξύ των άλλων, τουλάχιστον σε δύο φορτισμένα μιόνια.

Η πειραματική ομάδα δοκίμασε λοιπόν μια μεγάλη έκπληξη. Πρώτον, είδε πολύ περισσότερα μιόνια να προέρχονται από τις συγκρούσεις από όσο αναμενόταν. Όμως το πιο κρίσιμο είναι ότι ορισμένα από αυτά τα μιόνια φαινόταν να έχουν δημιουργηθεί εκτός του στενού σωλήνα των ακτίνων: δεν είχε μείνει κανένα ίχνος στο πιο εσωτερικό τμήμα του ανιχνευτή CDF.

Η ομάδα λέει ότι δεν είναι σε θέση να εξηγήσει τόσα πολλά μιόνια χρησιμοποιώντας το καθιερωμένο μοντέλο της φυσικής των σωματιδίων, ή από όσα ξέρουν για τον ανιχνευτή τους.

Άγνωστο σωματίδιο

Πάντως, "δεν έχουμε αποκλειστεί μια πιο συνηθισμένη εξήγηση για αυτό, και θέλω να το ξεκαθαρίσω", λέει ο εκπρόσωπος του CDF Jacobo Konigsberg, ο οποίος προσθέτει ότι είναι σημαντικό το γεγονός ότι άλλα πειράματα επαληθεύουν τα αποτελέσματα.

Ενώ η πειραματική ομάδα του CDF είναι προσεκτική, οι θεωρητικοί είναι πιο πρόθυμοι να βγάλουν περίεργα συμπεράσματα. Εάν το σήμα δεν είναι φαινομενικό, αυτό σημαίνει ότι κάποιο άγνωστο σωματίδιο με διάρκεια ζωής περίπου 20 picoseconds γεννήθηκε κατά τη σύγκρουση, ταξίδεψε περίπου 1 εκατοστό, πλευρικά του σωλήνα με τη δέσμη και στη συνέχεια διασπάστηκε σε μιόνια.

"Το ένα εκατοστό είναι μεγάλη απόσταση για να μπορέσουν να γεννηθούν τα περισσότερα είδη των σωματιδίων πριν από την αποσύνθεση τους", λέει ο Dan Hooper του Fermilab. "Είναι πολύ νωρίς να πούμε πολλά για αυτό. Πέραν τούτου, εάν αποδειχθεί ότι υπάρχει ένα νέο σωματίδιο μακράς διάρκειας, θα ήταν πολύ σπουδαίο."

Σκοτεινή ύλη;

Ο Neal Weiner του πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης συμφωνεί. "Αν πράγματι αυτό συμβαίνει, είναι απλώς απίστευτα συναρπαστικό", λέει. "Θα ήταν μια ένδειξη μιας άλλης φυσικής (με νέα σωματίδια) ίσως ακόμη πιο ενδιαφέρον από ό,τι μαντεύαμε πριν."

Τι θα μπορούσε άραγε να είναι; Οι Neal Weiner και Nima Arkani-Hamed του Ινστιτούτου Προηγμένων Μελετών στο Princeton έχουν αναπτύξει μια θεωρία της σκοτεινής ύλης - της αινιγματικής ουσίας που αποτελεί το πιο μεγάλο μέρος της ύλης του σύμπαντος - για να εξηγήσουν τις πρόσφατες παρατηρήσεις της ακτινοβολίας και τα αντι-σωματίδια από τον Γαλαξία μας.

Το μοντέλο τους επιβεβαιώνουν την ύπαρξη σωματιδίων σκοτεινής ύλης που αλληλεπιδρούν μεταξύ τους ανταλλάσσοντας σωματίδια φορείς της δύναμης με μάζα περίπου το 1 Gev.

Τα μιόνια του ανιχνευτή CDF φαίνεται να έχουν προέλθει από την διάσπαση ενός σωματιδίου με μάζα περίπου το 1 GeV. Μήπως θα μπορούσε αυτό το σωματίδιο να είναι η υπογραφή της σκοτεινής ύλης; "Προσπαθούμε να το καταλάβουμε", λέει ο Weiner. "Αλλά είμαι ενθουσιασμένος από τα δεδομένα του CDF ανεξάρτητα από αυτό."