Πείραμα Muon g-2: Στα ίχνη της πέμπτης θεμελιώδους δύναμης της φύσης (vid)

Κατηγορία NEWS, INSTAGRAM, Φυσική

ΦΥΣΙΚΗ

Από τον Αναστάσιο Ν. Πανά

 

Ένα πείραμα στο Φέρμιλαμπ έδειξε ότι υπάρχουν κάποια υποατομικά σωματίδια που δεν υπακούουν στους γνωστούς νόμους της φυσικής.

Το μαγνητικό κύκλοτρο στο Φέρμιλαμπ στην Μπατάβια του Ιλλινόις, όπου έλαβε χώρα το πείραμα Muon g-2. Πηγή: Fermilab

ν

ΣΥΜΦΩΝΑ με το ισχύον Σταθερό Μοντέλο της Φυσικής (standard model) τα πάντα στο σύμπαν κατασκευάζονται από λίγα βασικά δομικά στοιχεία που ονομάζονται θεμελιώδη σωματίδια, τα οποία διέπονται από τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις που είναι οι εξής: α) Βαρύτητα, β) Ηλεκτρομαγνητισμός, γ) Ασθενής πυρηνική δύναμη και δ) Ισχυρή πυρηνική δύναμη. Πιο αναλυτικά:

α) Η βαρύτητα εκφράζεται με τα λεγόμενα γκραβιτόνια. Αυτά συγκρατούν μαζί όλα τα σωματίδια που έχουν μάζα.

β) Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη αντιπροσωπεύεται από τα γνωστά μας φωτόνια. Αυτά ευθύνονται που τα κουάρκ και τα λεπτόνια ενώνονται μαζί σε οικογένειες.

γ) Η ασθενής δύναμη εκφράζεται από τα μποζόνια (τα σωμάτια αυτά ονομάστηκαν έτσι επειδή υπακούουν στη στατιστική Μποζέ-Αϊνστάιν). Πρόκειται για τα περίφημα σωμάτια W και Ζ που ανακαλύφθηκαν στο CERN από τον Ιταλό φυσικό Κάρλο Ρουμπία, που πήρε για το λόγο αυτό το 1984 το βραβείο Νομπέλ. Τα W είναι δύο, ένα με θετικό και ένα με αρνητικό φορτίο, ενώ το Ζ είναι ουδέτερο. Αυτά αποτελούν τη δύναμη που συγκρατεί πρωτόνια και νετρόνια στους πυρήνες των ατόμων.

δ) Η ισχυρή πυρηνική δύναμη ασκείται στη φύση από τα λεγόμενα γκλουόνια (glue = συγκρατώ με κόλλα). Πιστεύεται ότι τα γκλουόνια είναι αυτά που κρατούν ενωμένα μεταξύ τους τα κουάρκ (quark-gluon plasma).

Τα κουάρκ είναι οι βασικοί τύποι των στοιχειωδών σωματιδίων της ύλης από τα οποία αποτελούνται τα βαρυόνια (baryons) και τα μεσόνια (mesons). Μαζί με τα γκλουόνια, θεωρούνται τα μόνα στοιχειώδη σωματίδια που μπορούν και αλληλεπιδρούν ισχυρά.

Τα λεπτόνια είναι δύο ειδών: τα φορτισμένα (ηλεκτρονιόμορφα λεπτόνια) και τα ουδέτερα λεπτόνια που είναι γνωστά ως νετρίνο.

Τα μιόνια (συμβολίζονται με το ελληνικό γράμμα μ) είναι στοιχειώδη σωματίδια παρόμοια με τα ηλεκτρόνια, αλλά με αρνητικό ηλεκτρικό φορτίο και ιδιοστροφορμή (spin) 1/2. Μαζί με το ηλεκτρόνιο, το ταυ λεπτόνιο και τα τρία νετρίνα, είναι ταξινομημένα ως λεπτόνια.

Τα μιόνια σχηματίζονται φυσικά όταν οι κοσμικές ακτίνες χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης.
ν

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ MUON G-2

Αυτά ίσχυαν έως τώρα. Το λεγόμενο όμως πείραμα Muon g-2 που έγινε στο Φέρμιλαμπ και ολοκληρώθηκε στις 7 Απριλίου, υποδηλώνει ότι το μιόνιο αλληλεπιδρά με κάποια μη ανακαλυφθέντα εισέτι σωματίδια ή δυνάμεις, που δεν περιλαμβάνονται στο σταθερό μοντέλο όπως το γνωρίζουμε.

Αυτό σημαίνει ότι τα αποτελέσματα του πειράματος θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο πιστεύουμε ότι λειτουργεί το σύμπαν .

Με απλά λόγια, το πείραμα Muon g-2 έδειξε ότι τα μιόνια δεν συμπεριφέρθηκαν όπως προβλέπεται από τους γνωστούς νόμους της φυσικής.

Τα ευρήματα συμφωνούν με τα αποτελέσματα παρόμοιων πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven το 2001 και αφορούν την δημιουργία και επιτάχυνση μιονίων μέσω ενός έντονου μαγνητικού πεδίου.

Ο επικεφαλής του πειράματος, φυσικός Chris Polly, μαζί με μια διεθνή ομάδα περισσότερων από 200 επιστήμονες από επτά χώρες, διαπίστωσαν ότι τα σωματίδια δεν συμπεριφέρθηκαν όπως προβλέπεται από τους γνωστούς νόμους της φυσικής.

Αυτό σημαίνει ότι υπάρχει ένα μεγάλο κενό στην τρέχουσα κατανόησή μας για το σύμπαν και υποδηλώνει ότι υπάρχουν «μορφές ύλης και ενέργειας ζωτικής σημασίας για τη φύση και την εξέλιξη του κόσμου που δεν είναι ακόμη γνωστές στην επιστήμη», σύμφωνα με πρόσφατο άρθρο των New York Times.

Όσον αφορά την πιθανότητα το αποτέλεσμα να αποτελεί στατιστικό λάθος, αυτή είναι μια στις 40.000.
ν

Ο φυσικός του Φέρμιλαμπ Chris Polly (δεξιά) επικεφαλής του πειράματος Muon g-2. Πηγή: Twitter
ν

Στο πείραμα Muon g-2, τα σωματίδια που ταξίδευαν κατά μήκος του μαγνητικού κύκλοτρου των 15 μέτρων, είχαν απόκλιση 0,1% από το σταθερό μοντέλο που χρησιμοποιείται εδώ και 50 χρόνια. Πηγή: Fermilab
ν

Ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Fermi στη Μπατάβια του Ιλλινόις ήθελαν να μετρήσουν την ανώμαλη μαγνητική διπολική ροπή ενός μιονίου καθώς ταξιδεύει μέσα στον τεράστιο κυκλικό επιταχυντή. Η μελέτη έδειξε ότι η μαγνητική ταλάντωση των μιονίων είχε απόκλιση 0,1 τοις εκατό από ό,τι προβλέπει το σταθερό μοντέλο. Πηγή: Fermilab
ν

Το εσωτερικό του κυκλικού μαγνήτη στο Φέρμιλαμπ. Καθώς τα μιόνια ταξιδεύουν στο εσωτερικό του μαγνήτη Muon g-2, έρχονται επίσης σε επαφή με έναν κβαντικό αφρό υποατομικών σωματιδίων που βγαίνουν μέσα και έξω από την ύπαρξη. Πηγή: Fermilab
ν

Ο διάσημος Άγγλος φυσικός Brian Cox, καθηγητής σωματιδιακής φυσικής στη Σχολή Φυσικής και Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, χαρακτήρισε το αποτέλεσμα «σπουδαίο και συναρπαστικό».
ν

Ο διάσημος Άγγλος καθηγητής σωματιδιακής φυσικής Brian Cox χαρακτήρισε το αποτέλεσμα «σπουδαίο και συναρπαστικό». 

«Πλησιάζει η ανακάλυψη μιας νέας φυσικής πέρα ​​από το σταθερό μοντέλο. Η νέα φυσική θα περιλαμβάνει νέα θεμελιώδη σωματίδια που σήμερα είναι άγνωστα», έγραψε στο Twitter.

«Αυτό θα είναι η μεγαλύτερη ανακάλυψη στη Φυσική των Σωματιδίων εδώ και πολλά χρόνια – σίγουρα πολύ πάνω από το μποζόνιο Higgs ή Σωματίδιο του Θεού». 

Το πείραμα Muon g-2 (προφέρεται τζι μείον δύο) χρησιμοποιεί τους ισχυρούς επιταχυντές του Fermilab για να μελετήσει τις αλληλεπιδράσεις των βραχύβιων σωματιδίων που είναι γνωστά ως μιόνια δημιουργώντας ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο όμοιο με αυτό που υπάρχει στον διαστημικό χώρο. 

Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ακόμη και στο λεγόμενοκενό, ο χώρος δεν είναι ποτέ άδειος. 

Αντίθετα, το κενό αποτελείται από μια αόρατη θάλασσα σωματιδίων που σύμφωνα με τους νόμους της κβαντικής φυσικής εισέρχονται και βρίσκονται εκτός ύπαρξης για απίστευτα σύντομες χρονικές στιγμές, τις οποίες οι ειδικοί αποκαλούν κβαντικό αφρό. 
ν

ν

 


Translate this post