Μια σημαντική επιστημονική πρόοδος καταγράφηκε στο CERN, με τους φυσικούς να κάνουν ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση του γιατί το Σύμπαν – και κατά συνέπεια εμείς – υπάρχει. Η νέα ανακάλυψη αφορά μια θεμελιώδη ασυμμετρία ανάμεσα στην ύλη και την αντιύλη, η οποία ενδέχεται να εξηγεί γιατί το Σύμπαν δεν αφανίστηκε στα πρώτα δευτερόλεπτα της ύπαρξής του.
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), όπου οι επιστήμονες παρατήρησαν για πρώτη φορά μια σαφή διαφορά στον τρόπο με τον οποίο αποσυντίθενται τα βαρυόνια – τα σωματίδια που αποτελούν το μεγαλύτερο μέρος της γνωστής ύλης – και τα αντισωματίδιά τους. Συγκεκριμένα, εντοπίστηκε παραβίαση της αποκαλούμενης συμμετρίας φορτίου-ισοτιμίας (charge-parity, ή CP), ένα φαινόμενο που είχε μέχρι τώρα επιβεβαιωθεί μόνο σε άλλη κατηγορία σωματιδίων, τα μεσόνια.
Η ανακάλυψη αυτή θεωρείται σταθμός, καθώς προσφέρει αποδείξεις ότι η φύση δεν αντιμετωπίζει την ύλη και την αντιύλη με τον ίδιο τρόπο σε περισσότερα συστήματα απ’ ό,τι γνωρίζαμε έως τώρα. Όπως εξηγεί η Xueting Yang, φυσικός του CERN και κύρια συγγραφέας της μελέτης, η διαπίστωση αυτή ενισχύει την υπόθεση ότι οι βασικοί νόμοι της φυσικής διαφοροποιούν τη συμπεριφορά των βαρυονίων και των αντιβαρυονίων.
Οι επιστήμονες ανέλυσαν περίπου 80.000 περιστατικά αποσύνθεσης σωματιδίων που καταγράφηκαν από το 2011 έως το 2018. Εστίασαν στα λεγόμενα λ-ομορφιάς (Λb) βαρυόνια και στα αντίστοιχα αντισωματίδιά τους, αναζητώντας οποιαδήποτε ένδειξη διαφορετικής συμπεριφοράς. Αν η συμμετρία CP τηρούνταν αυστηρά, τότε και τα δύο σωματίδια – ύλης και αντιύλης – θα έπρεπε να διασπώνται με τον ίδιο τρόπο, έστω και αν η διάσπαση ήταν «ανεστραμμένη» σε μορφή.
Ωστόσο, το αποτέλεσμα έδειξε μια διαφορά της τάξης του 2,5% στον τρόπο διάσπασης των δύο τύπων σωματιδίων. Αν και το ποσοστό μπορεί να φαίνεται μικρό, η στατιστική σημασία της μέτρησης ήταν εξαιρετικά ισχυρή, με την πιθανότητα το φαινόμενο να οφείλεται σε τυχαίες διακυμάνσεις να υπολογίζεται σε 1 στις 10 εκατομμύρια. Το όριο αυτό, γνωστό ως «5,2 σίγμα», θεωρείται το χρυσό πρότυπο για την επιβεβαίωση νέων φαινομένων στη φυσική.
Η συγκεκριμένη ανακάλυψη αγγίζει τα βαθύτερα ερωτήματα της ύπαρξής μας. Θεωρητικά, το Big Bang θα έπρεπε να έχει δημιουργήσει ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Όμως, όταν τα δύο αυτά είδη σωματιδίων συναντώνται, αλληλοεξουδετερώνονται με τεράστια έκλυση ενέργειας. Αν όντως υπήρχε τέλεια συμμετρία, το Σύμπαν θα είχε καταστραφεί σχεδόν αμέσως μετά τη γέννησή του, χωρίς να απομείνει καμία ύλη για να σχηματιστούν άστρα, γαλαξίες ή άνθρωποι.
Το γεγονός ότι η ύλη κυριαρχεί στο σημερινό Σύμπαν σημαίνει πως κάποιος άγνωστος μηχανισμός επέτρεψε τη δημιουργία λίγο περισσότερης ύλης απ’ ό,τι αντιύλης. Αυτό το μικρό πλεόνασμα είναι υπεύθυνο για ολόκληρη τη γνωστή κοσμική δομή.
Η συμμετρία CP κάποτε θεωρούνταν ακλόνητη, όπως ο νόμος της διατήρησης της ενέργειας. Ωστόσο, από τα μέσα του 20ού αιώνα, οι φυσικοί του Καθιερωμένου Μοντέλου της Φυσικής προβλέπουν ότι η φύση μπορεί να επιδεικνύει μικρές παραβιάσεις αυτής της συμμετρίας. Παρότι τέτοιες παραβιάσεις είχαν παρατηρηθεί στα μεσόνια, η ανακάλυψη στους βαρυονικούς τύπους, όπως επισημαίνει η Yang, είναι εξαιρετικά κρίσιμη για τη δοκιμή της πληρότητας των υπαρχόντων θεωριών και ίσως αποκαλύψει περιοχές όπου κρύβεται νέα φυσική.
Ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα ήταν η υπόθεση ότι η αντιύλη θα μπορούσε να απωθείται από τη βαρύτητα, δηλαδή να «πέφτει προς τα πάνω». Πειράματα στο CERN απέδειξαν όμως ότι η αντιύλη συμπεριφέρεται κανονικά υπό τη βαρύτητα – μια ένδειξη ότι σε εκείνο το πεδίο δεν παρατηρείται CP παραβίαση.
Ωστόσο, η νέα ανακάλυψη φέρνει στο φως μια πραγματική απόκλιση στις διασπάσεις της ύλης και της αντιύλης. Αν και τα δεδομένα συμφωνούν με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου, η ποσότητα της CP παραβίασης που εντοπίζεται δεν επαρκεί για να εξηγήσει πλήρως την κοσμική κυριαρχία της ύλης. Αυτό σημαίνει πως η αναζήτηση για «νέα φυσική» συνεχίζεται.
Οι φυσικοί πλέον στρέφονται σε άγνωστες πηγές παραβίασης της συμμετρίας, που ενδέχεται να υποκρύπτονται σε περιοχές του μικρόκοσμου που δεν έχουν ακόμα μελετηθεί επαρκώς. Όπως σημειώνει η Xueting Yang, η κατανόηση της CP παραβίασης σε διαφορετικά συστήματα όπως τα βαρυόνια είναι κρίσιμη για την εξερεύνηση νέων θεωριών που ίσως δώσουν τις απαντήσεις στα μεγαλύτερα ερωτήματα της ύπαρξης.
[via]
