Τι συμβαίνει όταν συγκρούονται μεταξύ τους αντιπρωτόνια;

Posted on 06/11/2015

0


Τίποτε που να εκπλήσσει τους φυσικούς!

nature15724-f1Ένας από τους πρωταρχικούς στόχους της πυρηνικής φυσικής είναι να κατανοήσουμε τη δύναμη μεταξύ των νουκλεονίων, που είναι το απαραίτητο βήμα για την κατανόηση της δομής των πυρήνων και του τρόπου με τον οποίο αλληλεπιδρούν οι πυρήνες μεταξύ τους.

Οι πυρήνες των ατόμων ανακαλύφθηκαν από τον Rutherford το 1911 και οι γνώσεις μας σχετικά με την ισχυρή δύναμη προέκυψαν από τα πειράματα και τις μελέτες που έγιναν σε νουκλεόνια και πυρήνες της ύλης. Κι ενώ οι αντι-πυρήνες μέχρι και το αντι-ήλιο έχουν δημιουργηθεί στο εργαστήριο και μετρήθηκαν οι μάζες τους (π.χ. Πείραμα ALICE: σύγκριση ύλης – αντιύλης) , λίγα πράγματα είναι γνωστά σχετικά με την απευθείας αλληλεπίδραση των αντι-νουκλεονίων.

Οι φυσικοί του πειράματος STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) μέσα από συγκρούσεις δεσμών ιόντων χρυσού παρήγαγαν μεγάλο αριθμό αντιπρωτονίων, τα οποία στη συνέχεια συγκρούονταν μεταξύ τους. Έτσι κατάφεραν να πάρουν απευθείας πληροφορίες σχετικά με την αλληλεπίδραση μεταξύ αντιπρωτονίων.

Τα αποτελέσματα των μετρήσεων είναι θεμελιώδους σημασίας για την κατανόηση της δομής περίπλοκων συστημάτων αντι-νουκλεονίων, δεδομένου ότι τα αντι-πρωτόνια είναι ένα από τα απλούστερα συστήματα αντι-νουκλεονίων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν αυτό που περίμεναν, ότι τα αντιπρωτόνια σε πολύ μικρές αποστάσεις έλκονται εξαιτίας της ισχυρής αλληλεπίδρασης, όπως ακριβώς συμβαίνει και με τα πρωτόνια.

Το πείραμα αυτό έδειξε επίσης (όπως πάλι αναμενόταν) ότι δεν παραβιάζεται το δόγμα του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων, η περίφημη συμμετρία CPT.
Τα αρχικά CPT αναφέρονται
C: στην συζυγία φορτίου, τον μετασχηματισμό όπου ένα σωματίδιο αντικαθίσταται από το αντισωματίδιό του,
P: στην ομοτιμία, η οποία συνδέεται με τον μετασχηματισμό αναστροφής του χώρου, και
T: sτη συμμετρία αναστροφής του χρόνου, όπου εναλλάσσονται οι χρονικές συντεταγμένες t και -t.
Oι ισχυρές και οι ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις παραμένουν αναλλοίωτες κάτω από τους προαναφερθέντες μετασχηματισμούς C, P και T, ενώ οι ασθενείς αλληλεπιδράσεις παραβιάζουν μεμονωμένα και τις 3 αυτές συμμετρίες. Όμως, όταν οι μετασχηματισμοί C, P, Τ εφαρμόζονται μαζί, ως μετασχηματισμός CPT, τότε όλες οι αλληλεπιδράσεις – ασθενείς, ισχυρές και ηλεκτρομαγνητικές – παραμένουν αναλλοίωτες.
Αυτό είναι το θεώρημα CPΤ και διατυπώνεται απλούστερα ως εξής: ένα σύστημα παραμένει αμετάβλητο αν τα σωματίδια αντικατασταθούν από τα κατοπτρικά συμμετρικά αντισωματίδιά τους και αντιστραφεί η ροή του χρόνου. To «αναλλοίωτο CPT» μας εγγυάται ότι ένα σωματίδιο και το αντισωματίδιό του έχουν ίσες μάζες, ίσους χρόνους ζωής, ίδιο σπιν, αλλά αντίθετους προσθετικούς κβαντικούς αριθμούς όπως το ηλεκτρικό φορτίο, η z συνιστώσα του ισοσπίν, ο κβαντικός αριθμός της παραξενιάς κ.ά.
Chen-antiprotonΌλα τα πειράματα που έχουν γίνει μέχρι σήμερα δείχνουν ότι δεν παραβιάζεται η συμμετρία CPT. Το ίδιο δείχνουν και οι μέχρι στιγμής οι μετρήσεις του πειράματος STAR. Σύμφωνα με τον Daniel Kaplan του Iνστιτούτου Tεχνολογίας του Illinois στις ΗΠΑ για να εντοπιστούν παραβιάσεις της συμμετρίας CPT (εφόσον υπάρχουν) στο πείραμα STAR θα πρέπει να γίνουν πολύ πιο ακριβέστερες μετρήσεις.

Το γεγονός ότι δεν κλονίστηκαν τα θεμέλια της φυσικής μέσα από τις συγκρούσεις των αντι-πρωτονίων δεν μειώνει την επιτυχία του πειράματος STAR, που εκτός του ότι επιβεβαίωσε τις αναμενόμενες θεωρητικές προβλέψεις, ανοίγει νέους δρόμους όσον αφορά την πειραματική μελέτη των αλληλεπιδράσεων σωματιδίων της αντιύλης.

Πηγές:
1. Measurement of interaction between antiprotons
2. Strong interaction between antiprotons is measured for the first time