Ένα βήμα πριν λυθεί το μεγαλύτερο κοσμικό μυστήριο στην ιστορία

Ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια σε διαχρονικό επίπεδο είναι πώς η ύλη κατάφερε να κυριαρχήσει στο Σύμπαν εις βάρος της αντιύλης.

Ένα πείραμα στην Ιαπωνία θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να λύσουν το αίνιγμα στο οποίο οφείλεται η ύπαρξη αστεριών, πλανητών και όλων όσων συνθέτουν τη ζωή μας.

Όπως γράφει το BBC, οι επιστήμονες προσπαθούν να μελετήσουν τη διαφορά στον τρόπο συμπεριφοράς της ύλης και των σωματιδίων αντιύλης.

Όλα όσα γνωρίζουμε στον καθημερινό μας κόσμο μαζί με όλα όσα μπορούμε να αγγίζουμε αποτελούνται από την ύλη.

Τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της ύλης είναι υποατομικά σωματίδια, όπως ηλεκτρόνια, κουάρκ και νετρίνα.

Ωστόσο, η ύλη έχει ένα σκιώδες πανομοιότυπο που ονομάζεται αντιύλη.

Κάθε υποατομικό σωματίδιο συνηθισμένης ύλης έχει ένα αντίστοιχο “αντισωματίδιο”. Εκτιμάται πως υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από την αντιύλη στο Σύμπαν, κάτι που όμως δεν ίσχυε πάντα.

Το Big Bang θα έπρεπε να έχει δημιουργήσει ύλη και αντιύλη σε ίσες ποσότητες.

“Για κάθε αρνητικό ηλεκτρόνιο υπάρχει ένα θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο (ομόλογο αντιύλης του ηλεκτρονίου)”, δήλωσε ο καθηγητής Lee Thompson από το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ, μέλος της συνεργασίας T2K, η οποία περιλαμβάνει μεγάλο αριθμό επιστημόνων από πανεπιστήμια του Ηνωμένου Βασιλείου.

“Γιατί λοιπόν δεν είναι το σύμπαν 50% αντιύλη; Αυτό είναι ένα μακροχρόνιο πρόβλημα στην κοσμολογία”, συνεχίζει.

Αυτό που σημειώνεται είναι πως όταν ένα σωματίδιο ύλης συναντά το αντι-σωματίδιο του, “εκμηδενίζονται”, ή αλλιώς, εξαφανίζονται σε μια λάμψη ενέργειας.

Κατά τη διάρκεια των πρώτων κλασμάτων ενός δευτερολέπτου του Big Bang, το πυκνό Σύμπαν διαλύθηκε με ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων να ξεπηδούν.

Χωρίς κάποιον άλλο γνωστό μηχανισμό, το Σύμπαν δεν θα έπρεπε να περιέχει τίποτα παρά μόνο εναπομένουσα ενέργεια.  

Τι συνέβη λοιπόν με την εξισορρόπηση; Αυτό είναι το ερώτημα στο οποίο επιχειρεί να απαντήσει το πείραμα T2K στο παρατηρητήριο Super-Kamiokande neutrino, που βρίσκεται σε μια υπόγεια εγκατάσταση στην περιοχή Kamioka της Ιαπωνίας.

Οι ερευνητές προσπάθησαν να παρατηρήσουν πώς συμπεριφέρονται τα νετρίνα και η αντίστοιχη αντιύλη τους, τα αντινετρίνα, που δημιουργήθηκαν 295 χιλιόμετρα μακριά, στο ιαπωνικό ερευνητικό συγκρότημα Proton Accelerator (J-Parc) στο Tokai.   

Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι η εύρεση διαφοράς – ή ασυμμετρίας – στις φυσικές ιδιότητες των νετρίνων και των αντινετρίνων μπορεί να μας βοηθήσει να καταλάβουμε γιατί η ύλη είναι τόσο διαδεδομένη σε σύγκριση με την αντιύλη.

Αυτή η ασυμμετρία είναι γνωστή ως παραβίαση της συμμετρίας CP.  

Σύμφωνα με τον Αντρέι Ζαχάρωφ (1967), η ασυμμετρία είναι μια από τις τρεις απαραίτητες προϋποθέσεις για την παραγωγή ύλης και αντιύλης σε διαφορετικούς ρυθμούς.

Οι ερευνητές του T2K ανέλυσαν δεδομένα εννέα ετών και βρήκαν μια αναντιστοιχία στον τρόπο που τα νετρίνα και τα αντινετρίνα ταλαντεύονται καταγράφοντας τους αριθμούς που έφτασαν στο Super Kamiokande με διαφορετική “γεύση” από αυτή που είχαν δημιουργηθεί. Η αλλαγή των γεύσεων μπορεί να μας οδηγεί σε αυτό που οι φυσικοί αποκαλούν παραβίαση CP και σε μια πιθανή εξήγηση για το γιατί η κανονική ύλη και η αντιύλη που δημιουργήθηκαν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη, δεν εξαϋλώθηκαν ολοκληρωτικά μεταξύ τους, αλλά, αντίθετα, είχαμε μια υπέρβαση της κανονικής ύλης.

(Καθώς ταξιδεύουν μέσω της Γης, τα σωματίδια και τα αντισωματίδια ταλαντεύονται μεταξύ διαφορετικών φυσικών ιδιοτήτων, γνωστών στη φυσική και ως “γεύσεων” – Τα νετρίνα και τα αντίστοιχα αντισωμάτιά τους, τα αντινετρίνα, εμφανίζονται σε τρεις τύπους ή γεύσεις: του ηλεκτρονίου, του μυονίου και του ταυ –  Διάφορα πειράματα αποκάλυψαν ότι τα νετρίνα μπορούν αυθόρμητα να μεταλλάσσονται μεταξύ αυτών των τριών γεύσεων, ένα φαινόμενο που ονομάζεται ταλάντευση).

Το πείραμα είναι κοντά στο να αποδείξει πως η παραβίαση CP εμφανίζεται σε αυτά τα σωματίδια.

“Ενώ η παραβίαση CP για κουάρκ είναι πειραματικά καλά αποδεδειγμένη, η παραβίαση CP δεν έχει παρατηρηθεί ποτέ για νετρίνα”, δήλωσε ο Stefan Söldner-Rembold.  

“Η παραβίαση της συμμετρίας CP είναι ένας από τους όρους για να υπάρχει ένα Σύμπαν που κυριαρχείται από ύλη, αλλά το φαινόμενο που προκαλείται από το κουάρκ είναι δυστυχώς πολύ μικρό για να εξηγήσει γιατί το Σύμπαν μας είναι κυρίως γεμάτο με ύλη”.

Η ανακάλυψη της παραβίασης της CP στα νετρίνα θα ήταν ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός στην κατανόηση του πώς δημιουργήθηκε το Σύμπαν, λένε οι επιστήμονες.  

Η επόμενη μελέτη θα γίνει με πείραμα νετρίνου επόμενης γενιάς DUNE, το οποίο κατασκευάζεται επί του παρόντος σε ορυχείο στη Νότια Ντακότα.

Ο ανιχνευτής του αμερικανικού πειράματος θα περιέχει 70.000 τόνους υγρού αργού, θαμμένους σε βάθος άνω των 1000 μέτρων και θα χρησιμοποιηθεί για να ανακαλύψει και να μετρήσει την παραβίαση CP με υψηλή ακρίβεια.