Σάββατο, 29 Ιανουαρίου 2011

Περικυκλώνεται η σκοτεινή ύλη στον επιταχυντή του CERN


Σωματιδιακοί φυσικοί λένε ότι είναι πιο κοντά από ποτέ για να βρουν επιτέλους την πηγή της μυστηριώδους σκοτεινής ύλης του σύμπαντος, μετά από μια πολύ καλή χρονιά ερευνών στον ανιχνευτής σωματιδίων Compact Muon Solenoid (CMS), που ανήκει στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στη Γενεύη.

Οι επιστήμονες έχουν τώρα πραγματοποιήσει την πρώτη πλήρη εκτέλεση πειραμάτων, όταν συνέτριψαν μαζί πρωτόνια με σχεδόν την ταχύτητα του φωτός. Κι όταν αυτά τα πρωτόνια συγκρούονται στην καρδιά του ανιχνευτή CMS, οι προκύπτουσες ενέργειας καθώς και οι πυκνότητες είναι παρόμοιες με αυτές που υπήρχαν στις πρώτες στιγμές του Σύμπαντος, αμέσως μετά το Big Bang, κάπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Οι μοναδικές συνθήκες που δημιουργούνται από αυτές τις συγκρούσεις μπορεί να οδηγήσουν στην παραγωγή νέων σωματιδίων, που νομίζουμε πως θα υπήρχαν σε αυτές τις πρώτες στιγμές, αλλά από τότε έχουν εξαφανιστεί.

Οι ερευνητές πιστεύουν τώρα ότι βρίσκονται στον σωστό δρόμο είτε για να επιβεβαιώσουν είτε για να αποκλείσουν μία από τις αρχικές θεωρίες, που θα μπορούσε να λύσει πολλά από τα εκκρεμή ζητήματα της σωματιδιακής φυσικής, μια θεωρία γνωστή ως υπερσυμμετρία (SUSY). Πολλοί ελπίζουν ότι τούτη η θεωρία θα μπορούσε να είναι μια έγκυρη επέκταση για το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, που περιγράφει τις αλληλεπιδράσεις των γνωστών υποατομικών σωματιδίων με εκπληκτική ακρίβεια, αλλά παραλείπει να ενσωματώσει τη γενική σχετικότητα, την σκοτεινή ύλη και την σκοτεινή ενέργεια.

Στη σωματιδιακή φυσική, η υπερσυμμετρία είναι μια συμμετρία που σχετίζει τα στοιχειώδη σωματίδια με spin 1, με άλλα σωματίδια που διαφέρουν κατά 1/2 του spin αυτού και που είναι γνωστά σαν υπερ-εταίροι. Σε μια θεωρία με μη σπασμένη υπερσυμμετρίας, για κάθε τύπο μποζονίου υπάρχει ένας αντίστοιχος τύπος φερμιονίου, με την ίδια μάζα και εσωτερικούς κβαντικούς αριθμούς, και το αντίστροφο.

Η σκοτεινή ύλη είναι μια αόρατη ουσία που δεν μπορεί να ανιχνευτεί άμεσα, αλλά η παρουσία του οποίου συνάγεται από την περιστροφή των γαλαξιών. Οι φυσικοί πιστεύουν ότι αποτελεί περίπου το 1/4 της μάζας του Σύμπαντος, ενώ η απλή και ορατή ύλη αποτελεί μόνο το 5% περίπου της μάζας του Σύμπαντος. Η σύνθεσή της είναι ένα μυστήριο, που οδηγεί σε μια ενδιαφέρουσα δυνατότητα μιας, μέχρι σήμερα, ανεξερεύνητης φυσικής.

Ο καθηγητής Geoff Hall, από το Τμήμα Φυσικής στο Imperial College του Λονδίνου και ο οποίος εργάζεται για το πείραμα CMS, αναφέρει: «Έχουμε κάνει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στο κυνήγι για τη σκοτεινή ύλη, αν και δεν έχει γίνει ακόμη καμιά ανακάλυψη. Αυτά τα αποτελέσματα έχουν έρθει πιο γρήγορα από ότι περιμέναμε, επειδή τόσο ο επιταχυντής LHC όσο και ο ανιχνευτής CMS έτρεξαν καλύτερα από ό,τι πέρυσι τολμούσαμε να πιστεύουμε,. Τώρα όμως είμαστε πολύ αισιόδοξοι για τις προοπτικές να πετύχουμε την ανακάλυψη της υπερσυμμετρίας στα επόμενα χρόνια. "

Η ενέργεια που απελευθερώνεται στις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου στον ανιχνευτή CMS, εκδηλώνεται ως σωματίδια που πετάγονται μακριά προς όλες τις κατευθύνσεις. Οι περισσότερες συγκρούσεις παράγουν γνωστά σωματίδια, αλλά, σε σπάνιες περιπτώσεις, μπορούν να παράγονται νέα κι άγνωστα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων κι εκείνων που προβλέπονται από τη SUSY – γνωστά ως υπερσυμμετρικά σωματίδια, ή «s-particles». Το ελαφρύτερο sparticle είναι το υποψήφιο σωματίδιο για την σκοτεινή ύλη, καθώς αυτό είναι σταθερό. Ο δε CMS θα «δει» αυτά τα αντικείμενα, μέσα από την απουσία του σήματός τους στον ανιχνευτή, κάτι που οδηγεί σε μια ανισορροπία της ενέργειας και της ορμής.

Για να αναζητήσει τα s-particles (τους υπερ-εταίρους των γνωστών σωματιδίων), ο CMS αναζητά συγκρούσεις που παράγουν δύο ή περισσότερους πίδακες υψηλής ενέργειας (δέσμες σωματιδίων που ταξιδεύουν με περίπου την ίδια κατεύθυνση), καθώς και σημαντική ποσότητα χαμένης ενέργειας.

Ο Oliver Buchmueller, επίσης από το Τμήμα Φυσικής του Imperial College αλλά και στο CERN, τονίζει: «Πρέπει να κατανοήσουμε αρκετά τις συνηθισμένες συγκρούσεις ώστε να μπορέσουμε να αναγνωρίσουμε τις ασυνήθιστες, όταν αυτές συμβούν. Τέτοιες συγκρούσεις είναι μεν σπάνιες αλλά μπορούν να παραχθούν από την γνωστή μας φυσική. Εξετάσαμε λοιπόν κάπου 3 τρισεκατομμύρια συγκρούσεις μεταξύ των πρωτονίων και βρέθηκαν 13 που μοιάζουν σαν να προέρχονται από τα SUSY’, κοντά στον αριθμό που περιμέναμε. Αν και δεν υπάρχουν στοιχεία για εύρεση s-particles, η μέτρηση αυτή στενεύει προς τα κάτω την περιοχή που θα αναζητήσουμε την σκοτεινή ύλη. "

Οι φυσικοί βεβαίως ανυπομονούν να τρέξει το 2011 ο LHC με τον ανιχνευτή CMS, τα οποία αναμένεται να αποκαλύψουν δεδομένα που θα μπορούσαν να επιβεβαιώσουν ότι το ελαφρύτερο υπερσυμμετρικό σωματίδιο εξηγεί την σκοτεινή ύλη.

Ο ανιχνευτής CMS μαζί το ATLAS διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στο CERN. Μεταξύ των άλλων έχουν αποστολή να βρουν νέα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων και του φευγαλέου σωματιδίου Higgs (αν υπάρχει βεβαίως). Συγχρόνως να λύσουν και κάποια από τα μυστήρια της φύσης, όπως από το πού προέρχεται η μάζα, γιατί δεν υπάρχει αντι-ύλη στο Σύμπαν μας, και αν υπάρχουν περισσότερες από τις τρεις χωρικές διαστάσεις. 

      Πηγή:

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου