Από την ύλη και την αντιύλη που σχηματίστηκε μετά το Big Bang (Μεγάλη Εκρηξη), στο σύμπαν παρέμεινε μόνο η ύλη.
Κατά τη διάρκεια του μεγάλου πειράματος του CERN, με την επωνυμία ALPHA, αιχμαλωτίστηκε πρώτη φορά αντιυδρογόνο με τη βοήθεια ισχυρών μαγνητών Κατά τη διάρκεια του μεγάλου πειράματος του CERN, με την επωνυμία ALPHA, αιχμαλωτίστηκε πρώτη φορά αντιυδρογόνο με τη βοήθεια ισχυρών μαγνητών Σήμερα, οι φυσικοί του ευρωπαϊκού ερευνητικού κέντρου CERN έχουν παγιδεύσει αντιυδρογόνο σε ένα μαγνητικό πεδίο, για να μπορέσουν να μελετήσουν τη φύση της αντιύλης.....
Οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν και να παγιδεύσουν αντιυδρογόνο. Εστω κι αν πρόκειται μόνο για 38 αντιάτομα, τα οποία διατηρήθηκαν για 172 χιλιοστά του δευτερολέπτου, το γεγονός δεν παύει να προκαλεί αίσθηση. Τα αντιάτομα είναι, όντως, εξαιρετικά δύσκολο να δαμαστούν, καθώς εξαφανίζονται το ίδιο χιλιοστό του δευτερολέπτου που έρχονται σε επαφή με «συνηθισμένη» ύλη.
Οταν η αντιύλη ελέγχεται, μπορούμε να μελετήσουμε τον τρόπο συμπεριφοράς της. Οι ερευνητές επιδιώκουν να συγκρίνουν το αντιυδρογόνο, με το σύνηθες υδρογόνο για να δουν αν υπάρχει διαφορά στον τρόπο με τον οποίον τα αντιάτομα αντιδρούν με τα φωτόνια. «Αν βρούμε κάποια διαφορά ανάμεσα σε υδρογόνο και αντιυδρογόνο, σημαίνει ότι έχουμε παραβλέψει κάτι στο λεγόμενο πρότυπο μοντέλο για το πώς είναι κατασκευασμένο το σύμπαν» λέει ο Τζέφρεϊ Χανγκστ, ο οποίος ηγείται του πειράματος στο CERN.
Το αποτέλεσμα μπορεί να βοηθήσει τους φυσικούς να κατανοήσουν γιατί τα πάντα γύρω μας αποτελούνται από ύλη και γιατί δεν έχουμε παρατηρήσει αντιύλη στη φύση. Πρόκειται πράγματι για μυστήριο, διότι έπρεπε να υπάρχει ίση ποσότητα ύλης και αντιύλης. «Δεν μπορούμε να εξηγήσουμε αυτή την ασυμμετρία» λέει ο Τζέφρεϊ Χανγκστ. «Αναζητούμε μια νέα φυσική, πράγματα που δεν σκέφτηκε κανείς πριν» προσθέτει.
Το αντιυδρογόνο είναι το απλούστερο αντιάτομο. Ενώ ένα συνηθισμένο άτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα ηλεκτρόνιο δεσμευμένο σε ένα πρωτόνιο, το αντιυδρογόνο διαθέτει ένα ποζιτρόνιο -το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου- δεσμευμένο σε ένα αντιπρωτόνιο.
Τα ποζιτρόνια εκπέμπονται σε ορισμένες μορφές ραδιενεργού διάσπασης και τα αντιπρωτόνια μπορούν να δημιουργηθούν όταν παρέχεται ενέργεια στα πρωτόνια μέσα σε έναν επιταχυντή σωματιδίων και κατόπιν συγκρούονται με μέταλλο. Αργότερα έγινε ρουτίνα η παραγωγή αντιπρωτονίων και ποζιτρονίων, αλλά παραμένει δύσκολο να τα συνδυάσει κανείς σε αντιυδρογόνο, όπως και να διατηρήσει τα αντιάτομα.
Στο CERN, γεννήθηκαν τα πρώτα αντιάτομα που έφτιαξε ποτέ ο άνθρωπος, το 1995. Τα εννέα άτομα αντιυδρογόνου που δημιουργήθηκαν τότε εξαφανίστηκαν με μια ταχύτητα που πλησίαζε εκείνη του φωτός και χρειάστηκαν μόλις 40 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου για να συγκρουστούν με ύλη και να καταστραφούν.
Το 2002, άρχισε να χρησιμοποιείται ένα νέο μηχάνημα: ο επιταχυντής αντιπρωτονίων. Ετσι έγινε δυνατόν να εμποδιστούν τα αντιπρωτόνια πριν από τη συνάντησή τους με τα ποζιτρόνια, και οι ερευνητές μπόρεσαν να παράξουν χιλιάδες αντιάτομα. Δεν μπόρεσαν, ωστόσο, να διατηρήσουν για πολύ τα αντιάτομα και δεν είναι δυνατόν να πειραματιστούν με αυτά πριν ακινητοποιηθούν.
Σήμερα είναι η πρώτη φορά που παγιδεύονται αντιάτομα. Στο νέο πείραμα ALPHA, το οποίο διεξήχθη το φθινόπωρο του 2010, οι φυσικοί συνένωσαν δέκα εκατομμύρια αντιπρωτόνια με ποζιτρόνια. Δόθηκε στα σωματίδια ένα δευτερόλεπτο να σχηματίσουν ζεύγη και να μετατραπούν σε αντιυδρογόνο και οι ερευνητές κατάφεραν να αιχμαλωτίσουν στην ατομοπαγίδα μόλις 38 από το σύνολο των ατόμων αντιυδρογόνου.
Τα σταθερά, ηλεκτρικώς ουδέτερα, άτομα αντιύλης ακινητοποιήθηκαν από ισχυρά μαγνητικά πεδία, τα οποία δημιουργήθηκαν από έναν υπεραγώγιμο πλανήτη. Η σύλληψή τους έγινε μόνον όταν οι ερευνητές κατάφεραν να απορροφήσουν τόσο πολλή κινητική ενέργεια από αυτά, ώστε να αποκτήσουν θερμοκρασία μόλις μισού βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Τα αντιάτομα ελευθερώθηκαν αρκετά σύντομα πάλι, κι έτσι μπόρεσαν να συγκρουστούν ελεύθερα με ύλη και να εκπέμψουν χαρακτηριστική ακτινοβολία, η οποία καταγράφηκε από ανιχνευτές. Αυτός ήταν ο μοναδικός τρόπος με τον οποίον μπορούσαν οι ερευνητές να σιγουρέψουν ότι τα αντιάτομα είχαν συλληφθεί.
Αυτό το επιτυχημένο πείραμα χρειάστηκε έξι χρόνια προετοιμασίας, αλλά είναι το πρώτο από μια σειρά πειραμάτων.
Το επόμενο βήμα είναι να μετρηθούν τα επίπεδα ενέργειας του αντιυδρογόνου, για να τα συγκρίνουν με το συνηθισμένο υδρογόνο. Οι ερευνητές θέλουν να μάθουν σε ποια συχνότητα των φωτονίων τα αντιάτομα απορροφούν ή εκπέμπουν ενέργεια. Οταν συμβεί αυτό, θα μάθουν και αν το υδρογόνο είναι ακριβές είδωλο του αντιυδρογόνου και το αντίστροφο. Αν δεν συμβαίνει κάτι τέτοιο, τότε ο κόσμος της φυσικής θα γνωρίσει πραγματικούς κλυδωνισμούς και θα αρχίσει να διαμορφώνεται μια εντελώς νέα θεωρία για το σύμπαν.
enet.gr - arxiv.org
 |
| (a) H παγίδα ALPHA. Η παγίδευση των ατόμων αντιυδρογόνου γίνεται με έναν οκταπολικό μαγνήτη (που δεν απεικονίζεται) και τα κατοπτρικά πηνία. Μια δέσμη αντιπρωτονίων εισάγεται από δεξιά, ενώ τα ποζιτρόνια εισάγονται από αριστερά. (b) Η ένταση του μαγνητικού πεδίου στο επίπεδο YZ (ο άξονας z είναι ο άξονα της παγίδας, με z = 0 στο κέντρο της μαγνητικής παγίδας. Οι πράσινες διακεκομμένες γραμμές δείχνουν τη θέση των εσωτερικών τοιχωμάτων των ηλεκτροδίων. (c) Το μαγνητικό πεδίο κατά μήκος της παγίδας ~ 270 mm. (d) Η ισχύς πεδίου στο επίπεδο XY. (e) Το μαγνητικό πεδίο κατά μήκος του άξονα x. |
Οι ερευνητές κατάφεραν να δημιουργήσουν και να παγιδεύσουν αντιυδρογόνο. Εστω κι αν πρόκειται μόνο για 38 αντιάτομα, τα οποία διατηρήθηκαν για 172 χιλιοστά του δευτερολέπτου, το γεγονός δεν παύει να προκαλεί αίσθηση. Τα αντιάτομα είναι, όντως, εξαιρετικά δύσκολο να δαμαστούν, καθώς εξαφανίζονται το ίδιο χιλιοστό του δευτερολέπτου που έρχονται σε επαφή με «συνηθισμένη» ύλη.
Οταν η αντιύλη ελέγχεται, μπορούμε να μελετήσουμε τον τρόπο συμπεριφοράς της. Οι ερευνητές επιδιώκουν να συγκρίνουν το αντιυδρογόνο, με το σύνηθες υδρογόνο για να δουν αν υπάρχει διαφορά στον τρόπο με τον οποίον τα αντιάτομα αντιδρούν με τα φωτόνια. «Αν βρούμε κάποια διαφορά ανάμεσα σε υδρογόνο και αντιυδρογόνο, σημαίνει ότι έχουμε παραβλέψει κάτι στο λεγόμενο πρότυπο μοντέλο για το πώς είναι κατασκευασμένο το σύμπαν» λέει ο Τζέφρεϊ Χανγκστ, ο οποίος ηγείται του πειράματος στο CERN.
Το αποτέλεσμα μπορεί να βοηθήσει τους φυσικούς να κατανοήσουν γιατί τα πάντα γύρω μας αποτελούνται από ύλη και γιατί δεν έχουμε παρατηρήσει αντιύλη στη φύση. Πρόκειται πράγματι για μυστήριο, διότι έπρεπε να υπάρχει ίση ποσότητα ύλης και αντιύλης. «Δεν μπορούμε να εξηγήσουμε αυτή την ασυμμετρία» λέει ο Τζέφρεϊ Χανγκστ. «Αναζητούμε μια νέα φυσική, πράγματα που δεν σκέφτηκε κανείς πριν» προσθέτει.
Το αντιυδρογόνο είναι το απλούστερο αντιάτομο. Ενώ ένα συνηθισμένο άτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα ηλεκτρόνιο δεσμευμένο σε ένα πρωτόνιο, το αντιυδρογόνο διαθέτει ένα ποζιτρόνιο -το αντισωματίδιο του ηλεκτρονίου- δεσμευμένο σε ένα αντιπρωτόνιο.
Τα ποζιτρόνια εκπέμπονται σε ορισμένες μορφές ραδιενεργού διάσπασης και τα αντιπρωτόνια μπορούν να δημιουργηθούν όταν παρέχεται ενέργεια στα πρωτόνια μέσα σε έναν επιταχυντή σωματιδίων και κατόπιν συγκρούονται με μέταλλο. Αργότερα έγινε ρουτίνα η παραγωγή αντιπρωτονίων και ποζιτρονίων, αλλά παραμένει δύσκολο να τα συνδυάσει κανείς σε αντιυδρογόνο, όπως και να διατηρήσει τα αντιάτομα.
Στο CERN, γεννήθηκαν τα πρώτα αντιάτομα που έφτιαξε ποτέ ο άνθρωπος, το 1995. Τα εννέα άτομα αντιυδρογόνου που δημιουργήθηκαν τότε εξαφανίστηκαν με μια ταχύτητα που πλησίαζε εκείνη του φωτός και χρειάστηκαν μόλις 40 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου για να συγκρουστούν με ύλη και να καταστραφούν.
Το 2002, άρχισε να χρησιμοποιείται ένα νέο μηχάνημα: ο επιταχυντής αντιπρωτονίων. Ετσι έγινε δυνατόν να εμποδιστούν τα αντιπρωτόνια πριν από τη συνάντησή τους με τα ποζιτρόνια, και οι ερευνητές μπόρεσαν να παράξουν χιλιάδες αντιάτομα. Δεν μπόρεσαν, ωστόσο, να διατηρήσουν για πολύ τα αντιάτομα και δεν είναι δυνατόν να πειραματιστούν με αυτά πριν ακινητοποιηθούν.
Σήμερα είναι η πρώτη φορά που παγιδεύονται αντιάτομα. Στο νέο πείραμα ALPHA, το οποίο διεξήχθη το φθινόπωρο του 2010, οι φυσικοί συνένωσαν δέκα εκατομμύρια αντιπρωτόνια με ποζιτρόνια. Δόθηκε στα σωματίδια ένα δευτερόλεπτο να σχηματίσουν ζεύγη και να μετατραπούν σε αντιυδρογόνο και οι ερευνητές κατάφεραν να αιχμαλωτίσουν στην ατομοπαγίδα μόλις 38 από το σύνολο των ατόμων αντιυδρογόνου.
Τα σταθερά, ηλεκτρικώς ουδέτερα, άτομα αντιύλης ακινητοποιήθηκαν από ισχυρά μαγνητικά πεδία, τα οποία δημιουργήθηκαν από έναν υπεραγώγιμο πλανήτη. Η σύλληψή τους έγινε μόνον όταν οι ερευνητές κατάφεραν να απορροφήσουν τόσο πολλή κινητική ενέργεια από αυτά, ώστε να αποκτήσουν θερμοκρασία μόλις μισού βαθμού πάνω από το απόλυτο μηδέν. Τα αντιάτομα ελευθερώθηκαν αρκετά σύντομα πάλι, κι έτσι μπόρεσαν να συγκρουστούν ελεύθερα με ύλη και να εκπέμψουν χαρακτηριστική ακτινοβολία, η οποία καταγράφηκε από ανιχνευτές. Αυτός ήταν ο μοναδικός τρόπος με τον οποίον μπορούσαν οι ερευνητές να σιγουρέψουν ότι τα αντιάτομα είχαν συλληφθεί.
Αυτό το επιτυχημένο πείραμα χρειάστηκε έξι χρόνια προετοιμασίας, αλλά είναι το πρώτο από μια σειρά πειραμάτων.
Το επόμενο βήμα είναι να μετρηθούν τα επίπεδα ενέργειας του αντιυδρογόνου, για να τα συγκρίνουν με το συνηθισμένο υδρογόνο. Οι ερευνητές θέλουν να μάθουν σε ποια συχνότητα των φωτονίων τα αντιάτομα απορροφούν ή εκπέμπουν ενέργεια. Οταν συμβεί αυτό, θα μάθουν και αν το υδρογόνο είναι ακριβές είδωλο του αντιυδρογόνου και το αντίστροφο. Αν δεν συμβαίνει κάτι τέτοιο, τότε ο κόσμος της φυσικής θα γνωρίσει πραγματικούς κλυδωνισμούς και θα αρχίσει να διαμορφώνεται μια εντελώς νέα θεωρία για το σύμπαν.
enet.gr - arxiv.org
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου