Επιστήμονες συγκεντρώνουν όλο και περισσότερες ενδείξεις στα πειράματά τους για μία «ρωγμή» στο καθιερωμένο μοντέλο της Φυσικής και την αντίληψή μας για τον μικροσκοπικό κόσμο και το απέραντο Σύμπαν.

Υποατομικά σωματίδια φαίνεται πως αψηφούν τους γνωστούς νόμους της φυσικής και ερευνητές από όλον τον πλανήτη αφήνουν ανοικτό το ενδεχόμενο να υπάρχουν θεμελιώδεις μορφές ύλης και ενέργειας που προς το παρόν η ανθρωπότητα αγνοεί, αλλά σύντομα μπορεί να ανακαλύψει. «Αυτή είναι η δική μας προσεδάφιση στον Άρη», δηλώνει στους New York Times ο φυσικός Κρις Πόλι στο Εθνικό Εργαστήριο του Επιταχυντή Fermilab που έχει αφιερώσει σχεδόν ολόκληρη την πολυετή καριέρα του προς αυτή την ανακάλυψη.

Το «ανυπάκουο» μιόνιο και το Καθιερωμένο Πρότυπο Φυσικής

Στο βάθος των προηγούμενων δεκαετιών έχουν ανακαλυφθεί συνολικά 17 θεμελιώδη υποατομικά σωματίδια και τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις στη φύση (βαρυτική, ηλεκτρομαγνητική, ασθενής και ισχυρή πυρηνική δύναμη). Αν βρεθεί μια νέα δύναμη, θα είναι η πέμπτη.

Η παράξενη συμπεριφορά του μιονίου, ενός θεμελιώδους υποατομικού σωματιδίου, ανοίγει όλα τα ενδεχόμενα ύπαρξης άγνωστων σωματιδίων και «εξωτικών» δυνάμεων πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο της Φυσικής. «Υπάρχουν ισχυρές ενδείξεις πως το μιόνιο είναι ευαίσθητο σε κάτι που δεν προβλέπεται ούτε στην καλύτερη από τις θεωρίες μας», σχολιάζει η Ρενέ Φατέμι, φυσικός από το πανεπιστήμιο του Κεντάκι.

Ενδείξεις περασμένων ετών ενισχύθηκαν μετά από νέες μετρήσεις των επιστημόνων στις ΗΠΑ, με αρκετούς να εκτιμούν πως βρίσκονται πλέον πολύ κοντά σε σημαντικές ανακαλύψεις. Είχαν προηγηθεί στο τέλος Μαρτίου ανάλογες ενδείξεις από ενώ πείραμα στο CERN ενώ η οποιαδήποτε επιβεβαίωση στο μέλλον θα αποτελέσει τη σημαντικότερη ανακάλυψη στον τομέα της Φυσικής, μετά το σωματίδιο Χιγκς.

Τα μιόνια είχαν ανακαλυφθεί το 1936 και είναι 207 φορές βαρύτερα από τα ηλεκτρόνια και σημαντικά πιο ασταθή. Ως ηλεκτρικά φορτισμένα σωματίδια, περιστρέφονται όταν βρεθούν σε μαγνητικό πεδίο και η συχνότητα της περιστροφής τους, η οποία μπορεί να μετρηθεί, εξαρτάται από τις αλληλεπιδράσεις του μιονίου με άλλα σωματίδια και δυνάμεις (ο λεγόμενος παράγοντας g).

Η τιμή του παράγοντα υποτίθεται πως μπορούσε να υπολογιστεί με ακρίβεια με τη βοήθεια του καθιερωμένου μοντέλου (Standard Model) της σωματιδιακής φυσικής που αναπτύχθηκε πριν περίπου 50 χρόνια. Όμως ήδη από το 2001, το Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven της Νέας Υόρκης κατέγραψε πειραματικά ευρήματα που απέκλιναν από τις θεωρητικές προβλέψεις, καθώς τα μιόνια φαίνεται πως παρουσιάζουν πιο έντονη μαγνητική συμπεριφορά και περιστρέφονται ελαφρώς ταχύτερα από το αναμενόμενο, χωρίς να υπακούουν «απολύτως» στους γνωστούς φυσικούς νόμους.

Τώρα οι νέες μετρήσεις από το πείραμα Muon g-2 στο Εθνικό Εργαστήριο του Επιταχυντή Fermilab του Ιλινόις, όπου συμμετέχουν επιστήμονες από επτά χώρες, οι οποίες παρουσιάστηκαν σε δύο επιστημονικές δημοσιεύσεις στο περιοδικό φυσικής «Physical Review Letters», με τη συμμετοχή άνω των 200 επιστημόνων, επιβεβαιώνουν ότι κάτι απρόσμενο συμβαίνει με τα μιόνια, κάτι που πιθανώς «μαρτυρά» την ύπαρξη άγνωστων σωματιδίων και φυσικών δυνάμεων, σύμφωνα με το Science, το Nature, το New Scientist, το BBC και τους New York Times.

Η ανωμαλία στις μετρήσεις πιθανώς οφείλεται στα «εικονικά σωματίδια», ένα φαινόμενο της κβαντομηχανικής, με ζεύγη από ένα σωματίδιο ύλης και ένα αντιύλης που φευγαλέα αναδύονται και σχεδόν αμέσως εξαφανίζονται. Για το πολύ σύντομο διάστημα που υπάρχουν, μπορεί να επηρεάζουν τη συμπεριφορά πραγματικών σωματιδίων όπως τα μιόνια. Αυτά τα ζεύγη εικονικών σωματιδίων μπορεί να αποτελούνται από ήδη γνωστά σωματίδια, όπως ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο, αλλά μπορεί επίσης να αποτελούνται από κάτι πιο εξωτικό και άγνωστο έως τώρα.

Τα νέα πειράματα του Fermilab έρχονται μετά την πρόσφατη ανακοίνωση φυσικών του πειράματος LHCb του CERN στην Ευρώπη ότι επίσης βρήκαν κάτι παράξενο να συμβαίνει με τον τρόπο διάσπασης των μιονίων. Πιθανώς τα δύο ευρήματα σχετίζονται, χωρίς ακόμη να είναι σίγουρο, καθώς δεν υπάρχουν αρκετά δεδομένα που να αποδεικνύουν την ύπαρξη νέων σωματιδίων ή φυσικών δυνάμεων.

«Από τη δεκαετία του 1970 ψάχνουμε για μια ρωγμή στο Καθιερωμένο Πρότυπο. Και τώρα ίσως τη βρήκαμε», δήλωσε ο Αλεξέι Πέτροφ του Πανεπιστημίου Wayne State των ΗΠΑ.

Ο καθηγητής Μαρκ Τόμσον, επικεφαλής του Συμβουλίου Επιστήμης και Τεχνολογίας της Βρετανίας δήλωσε: «γνωρίζουμε πως η τωρινή κατανόησή μας για το σύμπαν είναι ελλιπής. Αυτό που βλέπουμε τώρα από τα νέα πειράματα, όπως το g-2, μπορεί να είναι οι πρώτες ματιές πίσω από την κουρτίνα σε ένα νέο κόσμο φυσικής».

Ο φυσικός Γκρατσιάνο Βεναντσόνι του Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής της Ιταλίας και ένας από τους εκπρόσωπους του πειράματος g-2 έκανε ήδη λόγο για «μια ιδιαίτερη μέρα, από καιρό αναμενόμενη όχι μόνο από εμάς αλλά από όλη τη διεθνή κοινότητα των φυσικών». Ο καθηγητής του Κέιμπριτζ Μπεν Άλαναχ δήλωσε ότι «σε όλη την καριέρα μου αναζητώ δυνάμεις και σωματίδια πέρα από αυτά που ήδη ξέρουμε και αυτή είναι η στιγμή που περίμενα, γι’ αυτό δεν μπορώ να κοιμηθώ πολύ από την έξαψή μου».

Ο καθηγητής Μαρκ Λάνκαστερ του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, εξήγησε ότι «η νέα μέτρηση του g-2 αναμενόταν από καιρό και παρέχει ισχυρές ενδείξεις για την ύπαρξη νέων σωματιδίων και δυνάμεων. Ξέρουμε ότι ο σημερινός κατάλογος θεμελιωδών σωματιδίων και δυνάμεων δεν είναι ολοκληρωμένος, επειδή δεν αρκούν να εξηγήσουν τη σκοτεινή ύλη στο σύμπαν και το γεγονός ότι το σύμπαν έχει πολύ λίγη αντιύλη. Η νέα μέτρηση στο Fermilab έχει μια πιθανότητα στις 1.000 να είναι στατιστικό σφάλμα και μία στις 40.000, αν συνδυαστεί με την προηγούμενη μέτρηση στο Brookhaven».

Τα πιθανά, αλλά άγνωστα έως τώρα, υποατομικά σωματίδια «λεπτοκουάρκ» και «μποζόνια Ζ» που έχουν προταθεί, φαίνεται πως αλληλεπιδρούν με το μιόνιο. Για να επιβεβαιωθεί η όποια ανακάλυψη, η πιθανότητα σφάλματος πρέπει να μειωθεί στην μία πιθανότητα στα 3,5 εκατομμύρια. Ήδη οι φυσικοί αναλύουν περισσότερα δεδομένα, ώστε να βελτιώσουν την ακρίβεια των μετρήσεων για τη μυστηριώδη συμπεριφορά του μιονίου.

«Φαίνεται πως έχουμε επιβεβαίωση ότι τα αποτελέσματα του Brookhaven δεν οφείλονταν σε αστοχία ή λάθος», εκτιμά ο θεωρητικός φυσικός Dr. Carena. «Υπάρχει μία σοβαρή πιθανότητα να σπάσουν το Καθιερωμένο Μοντέλο».

Με πληροφορίες από New York Times {https://www.lifo.gr}