Μια διεθνής επιστημονική ομάδα, με επικεφαλής ερευνητές από την Κίνα, ετοιμάζεται να θέσει σε δοκιμασία έναν από τους πιο σκληρούς κανόνες της σωματιδιακής φυσικής. Το φιλόδοξο πείραμα, γνωστό ως MACE (Muonium-to-Antimuonium Conversion Experiment), έχει σχεδιαστεί για να εντοπίσει ένα φαινόμενο τόσο σπάνιο που, αν παρατηρηθεί, θα κλονίσει τα θεμέλια του Καθιερωμένου Προτύπου (Standard Model) και θα ανοίξει την πόρτα σε μια νέα πραγματικότητα.
Η «απαγορευμένη» μεταμόρφωση
Στο επίκεντρο του ενδιαφέροντος βρίσκεται το μιόνιο, ένα εξωτικό άτομο που αποτελείται από ένα θετικό μιόνιο (το οποίο παίζει τον ρόλο του πυρήνα) και ένα ηλεκτρόνιο. Οι φυσικοί του Πανεπιστημίου Sun Yat-sen και του Ινστιτούτου Σύγχρονης Φυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών αναζητούν την αυθόρμητη μετατροπή αυτού του συστήματος στο αντίστοιχο της αντιύλης, το αντιμιόνιο.
Σύμφωνα με την ισχύουσα θεωρία, μια τέτοια διαδικασία απαγορεύεται αυστηρά. Η λεγόμενη «διατήρηση της λεπτονικής γεύσης» είναι ένας θεμελιώδης κανόνας που υπαγορεύει ότι ο αριθμός των λεπτονίων σε μια αντίδραση πρέπει να παραμένει σταθερός. Η μετατροπή του μιονίου σε αντιμιόνιο θα παραβίαζε αυτόν τον κανόνα, σηματοδοτώντας την ύπαρξη φυσικών δυνάμεων ή σωματιδίων που παραμένουν άγνωστα μέχρι σήμερα.
Όπως επισημαίνει η ερευνητική ομάδα, η συγκεκριμένη διαδικασία αποτελεί έναν μοναδικό και «καθαρό» ανιχνευτή νέας φυσικής. Σε αντίθεση με άλλες διαδικασίες, η μετατροπή αυτή είναι ευαίσθητη σε μοντέλα που δεν μπορούν να προσεγγιστούν από άλλα πειράματα, προσφέροντας μια ματιά σε αχαρτογράφητα νερά.
Ένα τεχνολογικό άλμα μετά από δύο δεκαετίες
Η τελευταία φορά που η επιστημονική κοινότητα προσπάθησε να εντοπίσει αυτό το φαινόμενο ήταν το 1999, στο Ινστιτούτο Paul Scherrer στην Ελβετία. Από τότε, η αναζήτηση είχε «παγώσει». Το MACE έρχεται να αναθερμάνει το ενδιαφέρον, στοχεύοντας σε μια ευαισθησία εκατό φορές μεγαλύτερη από εκείνη του προκατόχου του. Ο στόχος είναι να ανιχνευθούν πιθανότητες μετατροπής της τάξης του 10^-13, ένας αριθμός που απαιτεί ακρίβεια στα όρια του εφικτού.
Για να επιτευχθεί αυτό, οι επιστήμονες επιστρατεύουν τεχνολογία αιχμής: μια ισχυρή δέσμη επιφανειακών μιονίων, έναν πρωτοποριακό στόχο από αερογέλη πυριτίου (silica aerogel) και ανιχνευτές ικανούς να ξεχωρίσουν το σπάνιο σήμα μέσα από τον «θόρυβο» του υποβάθρου. Η σχεδίαση του πειράματος έχει βελτιστοποιηθεί σε κάθε της βήμα, από την παραγωγή της δέσμης μέχρι το λογισμικό ανάλυσης, καθιστώντας το MACE ένα από τα πιο ευαίσθητα πειράματα χαμηλής ενέργειας στον κόσμο.
Αγγίζοντας ενέργειες που ζαλίζουν
Το πιο εντυπωσιακό στοιχείο του εγχειρήματος είναι η εμβέλειά του. Εάν το MACE πετύχει τον στόχο του, θα επιτρέψει στους επιστήμονες να εξερευνήσουν τη φυσική σε κλίμακες ενέργειας από 10 έως 100 TeV (Tera-electronvolts). Τα μεγέθη αυτά ανταγωνίζονται ή και ξεπερνούν τις δυνατότητες των μελλοντικών επιταχυντών σωματιδίων, αποδεικνύοντας ότι η έρευνα υψηλής ακρίβειας μπορεί να φτάσει εκεί που οι γιγαντιαίες μηχανές συγκρούσεων δυσκολεύονται.
Παράλληλα, το πείραμα θα λειτουργήσει σε μια αρχική Φάση Ι, κατά την οποία θα εξεταστούν άλλες σπάνιες διασπάσεις μιονίων, προσφέροντας πολύτιμα δεδομένα πριν καν φτάσουμε στο κυρίως πιάτο της μετατροπής σε αντιύλη.
Η Κίνα στο επίκεντρο της σωματιδιακής φυσικής
Το MACE δεν είναι μια μεμονωμένη προσπάθεια, αλλά μέρος μιας ευρύτερης στρατηγικής. Εντάσσεται στις μεγάλες ερευνητικές εγκαταστάσεις της Huizhou, οι οποίες περιλαμβάνουν την Εγκατάσταση Επιταχυντή Βαρέων Ιόντων Υψηλής Έντασης (HIAF) και το σύστημα CiADS. Μέσω αυτών των υποδομών, η Κίνα επιχειρεί να εδραιωθεί ως παγκόσμιος ηγέτης στην πυρηνική και σωματιδιακή φυσική, προσελκύοντας διεθνείς συνεργασίες.
Πέρα από τη θεμελιώδη έρευνα, οι τεχνολογίες που αναπτύσσονται για το MACE —όπως τα συστήματα μεταφοράς ποζιτρονίων χαμηλής ενέργειας και οι προηγμένοι στόχοι— αναμένεται να βρουν εφαρμογές στην επιστήμη των υλικών, αλλά και στην ιατρική τεχνολογία, αποδεικνύοντας πώς η «καθαρή» επιστήμη επιστρέφει οφέλη στην κοινωνία.
Μια νέα ματιά στο Sύμπαν
«Δεν χτίζουμε απλώς ένα πείραμα, ανοίγουμε ένα νέο παράθυρο στους νόμους της φύσης», δηλώνουν με νόημα οι ερευνητές. Η πιθανή ανακάλυψη της μετατροπής μιονίου-αντιμιονίου δεν θα είναι απλώς μια ακόμη καταγραφή σε έναν πίνακα μετρήσεων. Θα είναι η απόδειξη ότι το Σύμπαν κρύβει συμμετρίες και μηχανισμούς που περιμένουν υπομονετικά να αποκαλυφθούν, αμφισβητώντας όλα όσα νομίζαμε ότι γνωρίζαμε για την ύλη και την αντιύλη.
