CERN: Διεισδύοντας στα μυστικά της αντιύλης

Κατηγορία NEWS, Φυσική

ΦΥΣΙΚΗ

Posted by Youmagazine Staff

 

Ομάδα επιστημόνων στις εγκαταστάσεις του CERN στη Γενεύη της Ελβετίας πειραματίζεται με άτομα αντι-υδρογόνου.

Ο εκπρόσωπος του πειράματος ALPHA καθηγητής Τζέφρι Χανγκστ (Jeffrey Hangst). Πηγή: CERN
v

Η ΑΝΤΙΥΛΗ αποτελείται από σωματίδια με τα ίδια χαρακτηριστικά αλλά με αντίθετες τιμές από εκείνα της συνηθισμένης ύλης. Για παράδειγμα, το άτομο του υδρογόνου αποτελείται από ένα θετικά φορτισμένο πρωτόνιο γύρω από το οποίο περιστρέφεται ένα αρνητικά φορτισμένο ηλεκτρόνιο. Ένα άτομο αντι-υδρογόνου αποτελείται από ένα αρνητικά φορτισμένο αντιπρωτόνιο, γύρω από το οποίο περιστρέφεται ένα θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο.

Στη φυσική, προβλέπεται ότι για κάθε σωματίδιο της ύλης που υπάρχει θα πρέπει επίσης να υπάρχει ένα σωματίδιο αντιύλης. Όταν τα δύο σωματίδια συγκρούονται, και τα δύο καταστρέφονται, απελευθερώνοντας μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας, με τη μορφής της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Παρ’ όλα αυτά, η αντιύλη αποτελεί για τον φυσικό κόσμο μας ένα μεγάλο μυστήριο. Σύμφωνα με την κρατούσα άποψη, όταν έγινε η Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε το σύμπαν, παρήχθησαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Ωστόσο, κατά ένα περίεργο τρόπο, η αντιύλη εξαφανίστηκε! Το γιατί, παραμένει ένα μυστήριο, αλλά είναι βέβαιο ότι χωρίς αυτό το γεγονός, εμείς δεν θα είχαμε υπάρξει ποτέ.

Σωματίδια αντιύλης εντοπίζονται μερικές φορές στο σύμπαν (το πρώτο αντισωματίδιο ανακαλύφτηκε το 1933 και επρόκειτο για ένα αντιηλεκτρόνιο που δημιούργησε η συνάντηση κοσμικών ακτίνων με την ατμόσφαιρα), ωστόσο δεν υπάρχει ελεύθερο άτομο αντιύλης στη φύση.

Άτομα αντι-υδρογόνου δημιουργούνται, πολύ περιορισμένα σε αριθμό, σε εργαστήρια όπως το CERN από τα τέλη του 20ού αιώνα, αλλά η διάρκεια ζωής τους είναι πολύ σύντομη και δεν μπορούν να διατηρηθούν.

Σε πείραμα που έγινε το 2011, παγιδεύτηκε για πρώτη φορά αντιύλη για 16 ολόκληρα λεπτά.

Οι ερευνητές του πειράματος ALPHA του CERN κατάφεραν τότε να παγιδέψουν 309 άτομα αντιύλης –συγκεκριμένα αντι-υδρογόνου– για 1.000 δευτερόλεπτα (λίγο περισσότερα από 16 λεπτά), διάστημα αρκετό για να αρχίσουν την μελέτη τους. Επικεφαλής ήταν ο Τζέφρι Χανγκστ του πανεπιστημίου Άαρχους της Δανίας.
v

Οι εικόνες αυτές από το πείραμα ALPHA δείχνουν πώς τα άτομα του αντι-υδρογόνου εκμηδενίζονται μόλις έρθουν σε επαφή με την συνηθισμένη ύλη. Πηγή: CERN
v

Τώρα η ίδια επιστημονική ομάδα χρησιμοποίησε τον επιταχυντή υψηλής ενέργειας του CERN για να δημιουργήσει άτομα αντι-υδρογόνου, τα οποία στη συνέχεια τα έψυξαν σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες. Στόχος ήταν να χρησιμοποιήσουν λέιζερ και φασματοσκοπία μικροκυμάτων για να συγκρίνουν τα παγωμένα και ακινητοποιημένα στην μαγνητική «παγίδα» αντι-άτομα με τα συμβατικά άτομα υδρογόνου. Θυμίζουμε ότι κάθε αντι-άτομο υδρογόνου αποτελείται όχι από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, αλλά από ένα αντιπρωτόνιο και ένα ποζιτρόνιο (το αντίθετο του ηλεκτρονίου).

Τέτοιου είδους πειράματα αντιύλης είναι εξόχως ακριβά, καθώς απαιτούν όχι μόνο πελώριες μηχανές (επιταχυντή σωματιδίων), αλλά και τεράστιες ποσότητες ενέργειας – πολύ περισσότερη ενέργεια από αυτή που απελευθερώνει η εξαΰλωσή τους με την ύλη.

Αυτό όμως που υπόσχονται τα δικαιολογεί. Περιβαλλόμαστε από μυστήρια και το τι συνέβη στην αντιύλη από το πρώιμο κιόλας σύμπαν είναι ένα από αυτά.

Στο πρόσφατο πείραμα, η ομάδα κατάφερε να παράγει 25.000 άτομα αντι-υδρογόνου κάθε 15 λεπτά και να παγιδεύσει 14 από αυτά για αρκετό χρόνο.

Το νέο πείραμα έδειξε ότι τα άτομα του αντι-υδρογόνου αναδίδουν το ίδιο φάσμα φωτός όπως τα άτομα του υδρογόνου, επιβεβαιώνοντας έτσι την ιδέα ότι τα μεν είναι ακριβής αντανάκλαση των δε.

Τώρα, ως προς το γιατί το σύμπαν δεν κατέρρευσε στον εαυτό του τη στιγμή που ήρθε σε ύπαρξη, εφόσον αποτελείτο από ίσο αριθμό ύλης και αντιύλης, ο καθηγητής Τζέφρι Χανγκστ πρόσφερε την ακόλουθη απάντηση: «Κάτι συνέβη, κάποια μικρή ασυμμετρία που έκανε τα άτομα του φυσικού κόσμου να επιβιώσουν. Ωστόσο, δεν έχουμε ακόμη καμιά καλή ιδέα που να εξηγεί πώς και γιατί συνέβη αυτό».