Σχετικά με το νέο και γοητευτικότερο σωματίδιο

Posted on 20/08/2017

0


… που ανακαλύφθηκε στο CERN

Τον περασμένο μήνα στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN, αναφέρθηκε η ανακάλυψη ενός νέου σωματιδίου. Η περίπτωση το νέο αυτό σωματίδιο να είναι μια στατιστική απόκλιση αποκλείστηκε καθώς συγκεντρώνονταν όλο και περισσότερα δεδομένα.

Η συσσώρευση των δεδομένων με την πάροδο του χρόνου. Η κορυφή υποδηλώνει την παρουσία του νέου σωματιδίου

Το νέο σωματίδιο που αποκαλείται \Xi^{++}_{cc}, περιέχει δυο γοητευτικά κουάρκ και ένα άνω κουάρκ, έχει μάζα περίπου 3621 MeV και είναι η πρώτη φορά που ανιχνεύεται ξεκάθαρα ένα τέτοιο σωματίδιο.

Γιατί όμως δεν υπάρχει (προς το παρόν) περισσότερος ενθουσιασμός γι αυτό το σωματίδιο;

Η βασικότερη αιτία είναι ότι το νέο σωματίδιο δεν είναι αυτό που ένας φυσικός υψηλών ενεργειών θα ονόμαζε «θεμελιώδες». Το σωματίδιο \Xi^{++}_{cc} συνίσταται από κουάρκ, γεγονός που το κατατάσσει στην κατηγορία των αδρονίων. Τα πιο συνηθισμένα αδρόνια είναι ο πρωτόνιο και το νετρόνιο. Υπάρχουν πάρα πολλά αδρόνια – αποτελούμενα από κουαρκ και/ή αντι-κουάρκ.

Η αποδεκτή θεωρία των στοιχειωδών σωματιδίων, το Καθιερωμένο Πρότυπο, δεν επιτρέπει νέα θεμελιώδη σωματίδια, αλλά επιτρέπει νέα αδρόνια – εφόσον αποτελούνται από τα κουάρκ που ήδη γνωρίζουμε. Αυτό σημαίνει ότι ένα νέο θεμελιώδες σωματίδιο θα άλλαζε την άποψή μας για την φυσική με έναν «βίαιο» τρόπο, κάτι που ένα νέο αδρόνιο δεν μπορεί να το κάνει.

Όμως, υπάρχουν μερικά σημαντικά προβλήματα στο Καθιερωμένο Πρότυπο τα οποία δίνουν σοβαρούς λόγους να ελπίζουμε ότι υπάρχουν κι άλλα θεμελιώδη σωματίδια. Η ανακάλυψη ενός τέτοιου σωματιδίου θα μπορούσε να δώσει λύση σ’ αυτά τα προβλήματα, όπως: τι είναι η σκοτεινή ύλη, γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη από αντιύλη και το πως θα μπορούσε να «ταιριάξει» η βαρυτική δύναμη με τις άλλες δυνάμεις;
Εν γένει, οι φυσικοί δεν περιμένουν να δοθούν απαντήσεις σ’ αυτά τα ερωτήματα ανακαλύπτοντας νέα αδρόνια, σαν το \Xi^{++}_{cc}.

Μπορεί όμως οι φυσικοί να κάνουν λάθος σ’ αυτό το σημείο.

Για παράδειγμα, στο Καθιερωμένο Πρότυπο, η ισχυρή δύναμη που είναι υπεύθυνη για την έλξη μεταξύ των κουάρκ στον σχηματισμό αδρονίων, αντιμετωπίζει την ύλη και την αντιύλη με τον ίδιο τρόπο. Θα ήταν λογικό να επιτρέψουμε εδώ κάποια ασυμμετρία που θα μπορούσε να βοηθήσει στην ερμηνεία της παρατηρούμενης υπεροχής της ύλης ως προς την αντιύλη στο σύμπαν. Αυτό φαίνεται από ορισμένες απόψεις στην πραγματικότητα πιο φυσικό. Αλλά δεν έχει παρατηρηθεί μέχρι στιγμής.
Δεν περιμένουμε να παρατηρήσουμε την ισχυρή δύναμη να ευνοεί την ύλη έναντι της αντιύλης σ’ αυτό το νέο αδρόνιο, αλλά μπορεί να εκπλαγούμε. Πρόκειται για μια νέα μορφή αδρονίου – η πρώτη που περιέχει δυο γοητευτικά κουάρκ. Ίσως μελετώντας το περαιτέρω, να αποκαλυφθούν κάποιες ανεπαίσθητες διαφορές στην συμπεριφορά του.

Ενώ εμείς κάνουμε υποθέσεις, αξίζει να σημειωθεί ότι ορισμένοι φυσικοί πρότειναν πως η σκοτεινή ύλη θα μπορούσε να συνίσταται από μια εξωτική μορφή αδρονικών σωματιδίων.
Καμία από αυτές τις δυνατότητες δεν θεωρείται «καλό στοίχημα» από τους περισσότερους θεωρητικούς, αλλά ο σκοπός του πειράματος είναι να κάνει μετρήσεις και παρατηρήσεις νέων φαινομένων. Και αυτό το αδρόνιο είναι ασφαλώς κάτι νέο.

Η ισχυρή δύναμη είναι υπεύθυνη για το μεγαλύτερο ποσοστό της μάζας των ατόμων και των μορίων, κυριαρχεί στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων με υψηλές ενέργειες που παρατηρούνται στο εσωτερικό των άστρων, τους υπερκαινοφανείς αστέρες και τις κοσμικές ακτίνες. Έχω την αίσθηση πως η κατανόηση της ισχυρής δύναμης, και των συνεπειών που προκύπτουν απ’ αυτή, είναι μια κάπως υποτιμημένη προσπάθεια στη φυσική.

Δυστυχώς πρόκειται για ένα πολύ δύσκολο πρόβλημα. Διαθέτουμε ήδη πολλά δεδομένα σχετικά με τα αδρόνια και δεν είναι ξεκάθαρο πως η ανακάλυψη κι άλλων θα μας βοηθήσει περισσότερο. Το να κάνει κανείς προβλέψεις χρησιμοποιώντας την ισχυρή δύναμη είναι πολύ απαιτητικό, ακόμα κι αν εμπλέκονται λίγα κουάρκ. Για περισσότερες μετρήσεις που θα μας οδηγήσουν σε ένα «άλμα κατανόησης», μάλλον θα χρειαστεί κι ένα παράλληλο άλμα στην θεωρητική έμπνευση ή στην ακρίβεια.

Εν τω μεταξύ, μπορεί να θέσαμε τις προσδοκίες πολύ ψηλά. Ο LHCb συλλέγει δεδομένα από μια περιοχή της φύσης στην οποία δεν είχαμε ποτέ πρόσβαση. Η ανακάλυψη ενός πλανήτη που περιφέρεται γύρω από ένα απομακρυσμένο άστρο δεν αποτελεί μια επανάσταση στην κατανόηση της αστροφυσικής – αλλά εξακολουθεί να είναι ακόμα συναρπαστική και σημαντική. Ίσως αυτός να είναι ο καλύτερος τρόπος για να δούμε το \Xi^{++}_{cc}.
Ο Guy Wilkinson από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, ο οποίος συμμετείχε στην ερευνητική ομάδα συλλογής των δεδομένων στον LHCb που αποκάλυψαν το νέο σωματίδιο, δήλωσε πως η ανακάλυψη αυτή, σε αντίθεση με τα άλλα βαρυόνια, όπου τα τρία κουάρκ στο εσωτερικό τους εκτελούν έναν περίπλοκο χορό το ένα γύρω από το άλλο:

«… ένα διπλά βαρύ βαρυόνιο αναμένεται να δρα σαν ένα πλανητικό σύστημα, όπου τα δυο βαριά γοητευτικά κουάρκ παίζουν τον ρόλο ενός διπλού άστρου, περιφερόμενα το ένα γύρω από το άλλο, ενώ το ελαφρύτερο άνω κουάρκ θα περιφέρεται γύρω από το δυαδικό σύστημα»

Νομίζω ότι είναι απόλυτα κατανοητό να χαιρόμαστε από την ανακάλυψη ενός τέτοιου αντικειμένου.

… διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες στο άρθρο του Jon Butterworth: «Newly discovered particles, and what’s in them» 

Ετικέτα: