Αντι-ύλη: Συνελήφθη και ανακρίνεται!!!

Για τους φυσικούς, ακόμη κι ένα κομματάκι αντι-ύλης είναι πολύτιμο δώρο. Συγκρίνοντας την ύλη με το συμπλήρωμά της, είναι σε θέση να ελέγξουν τις θεμελιακές συμμετρίες που βρίσκονται στην καρδιά του καθιερωμένου μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής και να αναζητήσουν ενδείξεις για νέα θεωρητικά μοντέλα.

Ωστόσο, λίγα δώρα μάς δυσκολεύουν τόσο στο περιτύλιγμά τους: μόλις ένα σωματίδιο αντι-ύλης έρθει σε επαφή με το...
ομόλογό του της ύλης, και τα δύο εκμηδενίζονται σε....μια υπέρλαμπρη έκρηξη ενέργειας.

Τώρα όμως μια ερευνητική ομάδα του CERN, του ευρωπαϊκού εργαστηρίου σωματιδιακής Φυσικής που βρίσκεται κοντά στη Γενεύη, κατάφερε 38 φορές να «φυλακίσει» μεμονωμένα άτομα αντι-υδρογόνου σε μια μαγνητική παγίδα για περισσότερα από 170 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Ενα άτομο αντι-υδρογόνου αποτελείται από ένα αρνητικά φορτισμένο αντι-πρωτόνιο και ένα θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο, το αντι-υλικό ομόλογο του ηλεκτρονίου.

Τόσο η ομάδα συνεργασίας ALPHA όσο και η παράλληλα εργαζόμενη στο ίδιο πεδίο ATRAP εργάζονται στον αντίποδα του μεγαλόπνοου πειράματος του CERN για την ανακάλυψη του μποζονίου του Χιγκς (το λεγόμενο και σωματίδιο του Θεού, που πιστεύεται ότι έδωσε μάζα στα άλλα σωματίδια μετά το Μπιγκ Μπανγκ): Ενώ για εκείνο χρησιμοποιείται επιταχυντής σωματιδίων, οι ομάδες ALPHA και ATRAP χρησιμοποιούν επιβραδυντή σωματιδίων. Σκοπός και των δύο ομάδων είναι να συγκρίνουν τα επίπεδα ενέργειας του αντι-υδρογόνου με εκείνα του υδρογόνου, προκειμένου να επαληθεύσουν πως τα σωματίδια της αντι-ύλης υπόκεινται στις ίδιες ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις με τα σωματίδια της ύλης, μια θεμελιώδη υπόθεση του καθιερωμένου μοντέλου.

Οι ισχυρισμοί της ομάδας ALPHA είναι η πρώτη μεγάλη πρόοδος μετά τη δημιουργία χιλιάδων ατόμων αντι-υδρογόνου το 2002 από ένα πρόδρομο πείραμα ονόματι ΑΤΗΕΝΑ2 και από την ATRAP. Και οι δύο ομάδες συνδύασαν επιβραδυμένα αντι-πρωτόνια με ποζιτρόνια ώστε να παραχθούν άτομα αντι-υδρογόνου. Ομως, μέσα σε μερικά χιλιοστά του δευτερολέπτου, τα άτομα εκμηδενίστηκαν μαζί με την κανονική ύλη στα τοιχώματα του περιέκτη τους. Προκειμένου να μη συμβεί κάτι τέτοιο, η ομάδα ALPHA σχημάτισε τα άτομα αντι-υδρογόνου μέσα σε μια μαγνητική παγίδα. Παρόλο που δεν είναι ηλεκτρικά φορτισμένο όπως τα αντι-πρωτόνια και τα ποζιτρόνια, το αντι-υδρογόνο -όπως και το υδρογόνο- διαθέτει έναν πιο λεπτοφυή μαγνητικό χαρακτήρα, που προκύπτει από τα σπιν των σωματιδίων του.

Οι ερευνητές της ALPHA χρησιμοποίησαν έναν οκτάπολο μαγνήτη για να δημιουργήσουν ένα μαγνητικό πεδίο που ήταν ισχυρότερο κοντά στα τοιχώματα της παγίδας και ελαχιστοποιούνταν στο κέντρο, ωθώντας τα άτομα να συγκεντρώνονται εκεί. Για να παγιδευθούν μόλις 38 άτομα, η ομάδα επανέλαβε 335 φορές το πείραμα. Και για να γίνουν φασματοσκοπικές μετρήσεις εκτιμάται πως θα χρειαστεί να παγιδευθούν ταυτόχρονα μέχρι 100 άτομα αντι-υδρογόνου.

Με τη σειρά της, η ATRAP ελπίζει πως θα φτάσει νωρίτερα σε αυτόν το στόχο, καθώς χρησιμοποιεί μια διαφορετική μέθοδο, δημιουργώντας χαμηλής ταχύτητας άτομα αντι-υδρογόνου, τα οποία μπορούν να παραμείνουν παγιδευμένα για περισσότερο χρόνο. Αλλά και άλλες δύο ομάδες μελετούν το αντι-υδρογόνο. Η διεθνής συνεργασία ASACUSA προτείνει τη δημιουργία δέσμης αντι-ηλεκτρονίων, ώστε να μελετά τα επίπεδα ενέργειας του αντι-υδρογόνου χωρίς να χρειάζεται να το παγιδεύσει. Και ένα άλλο πείραμα του CERN ονόματι AEgIS έχει αρχίσει να συγκρίνει τις επιδράσεις της βαρύτητας στο υδρογόνο και στο αντι-υδρογόνο. Αν δεν είναι ακριβώς ίδιες, όπως θεωρούμε μέχρι στιγμής, τα αποτελέσματα θα βοηθήσουν τους επιστήμονες να επιλέξουν τις κατάλληλες προσεγγίσεις που θα ενοποιήσουν την κβαντική θεωρία με εκείνη της γενικής σχετικότητας.

Θ. Κουτσης

(από enet, hassapis-peter)