Οι φυσικοί κάνουν λόγο για «δελεαστικά» αποτελέσματα που προέκυψαν από πειράματα σωματιδίων, τα οποία θα μπορούσαν να ξαναγράψουν τους νόμους της φυσικής – Είμαστε κοντά στη «θεωρία των πάντων»

Πολύ κοντά σε αποτελέσματα που δεν αποκλείεται να ανατρέψουν τους νόμους της φυσικής φαίνεται ότι βρίσκονται οι επιστήμονες, που δεν αποκλείουν να έχουν εντοπίσει μια πέμπτη δύναμη της φύσης. Κι αυτό επειδή κατά τη διάρκεια ενός νέου πειράματος, φαίνεται ότι παρατήρησαν μικροσκοπικά υποατομικά σωματίδια που συμπεριφέρονται με ασυνήθιστο τρόπο.

Μέσω του πειράματος, εστάλησαν μιόνια, που είναι στοιχειώδη σωματίδια παρόμοια με το ηλεκτρόνιο, μέσω ενός ηλεκτρομαγνήτη 15 τόνων. Στόχος ήταν να μετρήσουν πώς «ταλαντεύονται» με την πάροδο του χρόνου. Στο πείραμα, που ονομάστηκε «Muon g-2», αφού τα σωματίδια ταξίδευαν κατά μήκος της μαγνητικής διαδρομής, μήκους 15 μέτρων και 24 εκατοστών και ταλαντεύτηκαν διαφορετικά από το πρότυπο μοντέλο που χρησιμοποιείται εδώ και 50 χρόνια.

Καθώς τα μιόνια κυκλοφορούν στον μαγνήτη του Muon g-2, αλληλεπιδρούν επίσης και με έναν κβαντικό «αφρό» υποατομικών σωματιδίων. Οι αλληλεπιδράσεις αυτές επηρεάζουν την τιμή του g-factor, κάνοντας την ταλάντωση να επιταχύνεται ή να επιβραδύνεται. Το Πρότυπο Μοντέλο προβλέπει τη διαδικασία με μεγάλη ακρίβεια. Ωστόσο, αν ο κβαντικός «αφρός» περιλαμβάνει επιπλέον δυνάμεις που δεν λαμβάνονται υπόψιν από το Πρότυπο Μοντέλο, θα μπορούσε να επηρεάσει περαιτέρω τον g-factor. Κάτι τέτοιο συνέβη στο πείραμα.

Το πρότυπο μοντέλο υποδηλώνει ότι τα πάντα στο σύμπαν κατασκευάζονται από τα θεμελιώδη σωματίδια που διέπονται από τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις: τη βαρυτική, την ηλεκτρομαγνητική, την ισχυρή και την ασθενή. Με βάση τα τελευταία ευρήματα του Fermilab, το μιόνιο θα μπορούσε να αλληλεπιδρά και με μη ανακαλυφθέντα σωματίδια ή δυνάμεις, που δεν περιλαμβάνονται στο πρότυπο μοντέλο όπως το γνωρίζουμε. Καθώς τα μιόνια σχηματίζονται φυσικά, όταν οι ακτίνες πέφτουν στην ατμόσφαιρα της Γης, τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να αλλάξουν τον τρόπο με τον οποίο θεωρούμε ότι λειτουργεί το σύμπαν.

«Ισχυρές αποδείξεις για την ύπαρξη μη ανακαλυφθέντος σωματιδίου ή νέας δύναμης»

Σύμφωνα με το Συμβούλιο Εγκαταστάσεων Επιστήμης και Τεχνολογίας του Ηνωμένου Βασιλείου (STFC) το αποτέλεσμα «παρέχει ισχυρές αποδείξεις για την ύπαρξη ενός μη-ανακαλυφθέντος υποατομικού σωματιδίου ή μιας νέας δύναμης».

Σε κάθε περίπτωση, οι επιστήμονες προειδοποιούν ότι υπάρχει μία πιθανότητα στις 40.000 το αποτέλεσμα να οφείλεται σε στατιστικό σφάλμα. Ο εξέχων Άγγλος φυσικών σωματιδίων καθηγητής Μπράιαν Κοξ χαρακτήρισε το αποτέλεσμα «σημαντικό και συναρπαστικό». «Πλησιάζει η ανακάλυψη της νέας φυσικής, πέρα από το πρότυπο μοντέλο» έγραψε στο twitter. Όπως υποστήριξε, εάν τα αποτελέσματα επαληθευτούν, θα πρόκειται για τη μεγαλύτερη ανακάλυψη στη φυσική των σωματιδίων για πολλά χρόνια, ανάλογη με το Σωματίδιο Χιγκς.

Το πείραμα Muon g-2

Το πείραμα Muon g-2 αναζητά ίχνη νέων σωματιδίων και δυνάμεων, εξετάζοντας με ακρίβεια την αλληλεπίδραση του μιονίου σε περιβάλλον μαγνητικού πεδίου. Το μιόνιο, όταν τοποθετείται σε μαγνητικό πεδίο, λειτουργεί ως μια μικροσκοπική μαγνητική πυξίδια και ως γυροσκόπιο, που περιστρέφεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα όπως προβλέπει το πρότυπο μοντέλο. Ωστόσο, στο πείραμα η περιστροφή εντοπίστηκε γρηγορότερη από την προβλεπόμενη, υποδηλώνοντας ότι η τρέχουσα κατανόηση της φυσικής είναι ατελής.

Το πρωτοποριακό πείραμα πραγματοποιήθηκε στο Εθνικό Εργαστήριο Φέρι στο Ιλλινόις, που διαθέτει την τεχνολογία για τη δημιουργία μιονίων σε επιταχυντές σωματιδίων. Το μιόνιο είναι περίπου 200 φορές μεγαλύτερο από το ηλεκτρόνιο και σχηματίζεται με φυσικό τρόπο.

Ο Μίτσιο Κάκου, καθηγητής θεωρητικής φυσικής, υποστηρίζει ότι η ανακάλυψη ότι τα μιόνια ταλαντεύονται με έναν απροσδόκητο τρόπο θα μπορούσε να είναι η ένδειξη που χρειάζεται στην αναζήτηση μιας καθολικής θεωρίας των πάντων, την οποία ο ίδιος αποκαλεί ως «Εξίσωση του Θεού». Είναι αυτό το σημάδι της τελικής θεωρίας; Πολλοί το ελπίζουν. Ο Αίνστάιν είχε πει ότι αν δει κάποιος την ουρά ενός λιονταριού, ίσως υπάρχει κι ένα λιοντάρι που συνδέεται με αυτό. Κάθε μικρή απόκλιση από το πρότυπο μοντέλο θα ήταν μια ουρά που θα μπορούσε να οδηγήσει στην αληθινή θεωρία, υποστηρίζουν οι επιστήμονες.

Το πρότυπο μοντέλο

Σύμφωνα με το τρέχον πρότυπο μοντέλο, στη φύση υπάρχουν τέσσερις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις/δυνάμεις: η βαρυτική, η ηλεκτρομαγνητική, η ισχυρή και η ασθενής αλληλεπίδραση.

Τα πειράματα που διεξήχθησαν εδώ και δεκαετίες επιβεβαιώνουν ξανά και ξανά τις περιγραφές του μοντέλου για τα σωματίδια και τις δυνάμεις που απαρτίζουν το σύμπαν. Ο Κάκου δήλωσε στην MailOnline ότι το πρότυπο μοντέλο δεν είναι τέλειο, καθώς φαίνεται ότι αγνοεί τη βαρύτητα, η οποία είναι η πιο αδύναμη, αλλά με άπειρη εμβέλεια. Η ηλεκτρομαγνητική δύναμη επίσης έχει άπειρη εμβέλεια αλλά είναι πολύ πιο ισχυρή από τη βαρύτητα.

Οι αδύναμες και οι ισχυρές δυνάμεις είναι αποτελεσματικές σε πολύ μικρό εύρος και κυριαρχούν μόνον στο επίπεδο των υποατομικών σωματιδίων. Το πρότυπο μοντέλο περιλαμβάνει όλες τις δυνάμεις και εξηγεί πώς αυτές δρουν σε όλα τα σωματίδια της ύλης. Ωστόσο, η πλέον οικεία δύναμη στην καθημερινότητά μας, η βαρύτητα, δεν αποτελεί μέρος του Πρότυπου Μοντέλου. Η προσαρμογή της στο πλαίσιο έχει αποδειχθεί δύσκολη πρόκληση. Γι’ αυτό και οι ερευνητές προσπαθούν να σπάσουν το Πρότυπο Μοντέλο και να βρουν μικρές αποκλίσεις που δεν ταιριάζουν σε αυτό.

Στον δρόμο για μια «Θεωρία των Πάντων»

Ο Κάκου, θεωρώντας ότι το Πρότυπο Μοντέλο είναι ατελές -κάνει λόγο για «μία άσχημη θεωρία που μόνο μια μάνα μπορεί να αγαπήσει»- σημειώνει ότι ακόμη και οι δημιουργοί του παραδέχονται ότι δεν μπορεί να είναι η Τελική Θεωρία. Οι ταλαντώσεις, νέες δυνάμεις και οι αλλαγές στον τρόπο αλληλεπίδρασης των σωματιδίων θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να μας δώσουν μια ιδέα για την πραγματική θεμελιώδη θεωρία, υποστηρίζει.

Η διατύπωση μιας καθολικής θεωρίας των πάντων, υποστηρίζει, θα ήταν το μεγαλύτερο επίτευγμα στην ιστορία των 2.000 ετών της επιστήμης με τεράστιες επιπτώσεις. Κι αυτό επειδή θα οδηγούσε στην απάντηση σειρά ερωτήσεων που διατυπώνουν οι επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένων του τι προηγήθηκε πριν το Μπινγκ Μπανγκ (Μεγάλη Έκρηξη), τι βρίσκεται στην άλλη πλευρά μιας μαύρης τρύπας, αλλά και εάν το ταξίδι στον χρόνο είναι δυνατό.

protothema.gr