Υποατομική ασυμμετρία, πόλωση στο σύμπαν και άλλα τινά

Ασυμμετρία που ξαφνιάζει εντοπίστηκε σε διασπάσεις στοιχειωδών σωματιδίων

Η λεζάντα μπορεί να μην ακούγεται ιδιαίτερα εντυπωσιακή. Ειδικά αν σκεφτείτε ότι τις περασμένες εβδομάδες η ίδια ακριβώς είδηση εμφανίστηκε σε διάφορα μέσα με τίτλους όπως “Ανακαλύφθηκε καινούργια δύναμη της φύσης”… Ας δούμε πώς έχει όμως το πράγμα.

Το εύρημα ήρθε από το πείραμα LHCb, ένα από τα πειράματα που χρησιμοποιούν τις συγκρούσεις πρωτονίων στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων στο CERN. Το LHCb εξετάζει ειδικά τα κουάρκ bottom (γνωστά στα ελληνικά σαν “χαμηλά” κουάρκ ή ακόμα και “πυθμενικά”). Τα κουάρκ, τα στοιχειώδη αυτά σωματίδια με το παράξενο όνομα, εμφανίζονται σε έξι ποικιλίες, και συγκεκριμένα τα bottom έχουν το χαρακτηριστικό ότι κατά καιρούς συμπεριφέρονται λίγο περίεργα.

Τι σημαίνει αυτό και γιατί τραβάει την προσοχή κοτζάμ πειραμάτων; Κατ’αρχάς ας διευκρινιστεί κάτι: σχεδόν όλη η σημερινή έρευνα στη σωματιδιακή φυσική έγκειται στο να βρεθούν σωματίδια να συμπεριφέρονται με διαφορετικό τρόπο απ’ ό,τι προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο – η σουπερ-επιτυχημένη θεωρία που περιγράφει τον κόσμο τού πολύ μικρού με αηδιαστική ακρίβεια. Αυτή η επιτυχία του Καθιερωμένου Πρότυπου κρατάει κλειστές τις πόρτες προς πιθανές νέες ανακαλύψεις και νέα φαινόμενα, γι’ αυτό δεν υπάρχει τίποτα που να θέλουν οι φυσικοί περισσότερο από το να βρεθεί συμπεριφορά που διαφέρει από τις προβλέψεις του. Και τα κουάρκ bottom είναι πολλά υποσχόμενα σε αυτόν τον τομέα.

Για να πάμε στο ζουμί, το LHCb κοίταξε τις διασπάσεις των bottom, τις αυθόρμητες αλλαγές τους που συνοδεύονται από την εκπομπή πιο ελαφρών σωματιδίων. Κάποιες φορές στις διασπάσεις εκπέμπονται ηλεκτρόνια και κάποιες μιόνια (σωματίδια παρόμοια με τα ηλεκτρόνια αλλά με μεγαλύτερες μάζες).

Τώρα, σύμφωνα με το Καθιερωμένο Πρότυπο τα bottom δίνουν εξίσου συχνά ηλεκτρόνια και μιόνια. Μόνο που, όπως θα μαντέψατε, το LHCb είδε ότι αυτό δεν ισχύει. Δίνουν λίγο πιο συχνά ηλεκτρόνια.

Κανονικά μια τέτοια ασυμμετρία θα αποτελούσε μεγάλη είδηση, αλλά ως γνωστόν όπου ακούς πολλά κεράσια… Μέχρι τώρα το LHCb έχει μαζέψει τόσα δεδομένα ώστε να υπάρχει πιθανότητα 1 στις 1.000 αυτό που είδε να οφείλεται σε σύμπτωση. Αυτή η πιθανότητα είναι υπερβολικά μεγάλη για τη σωματιδιακή φυσική, όπου οι παρατηρήσεις παίρνονται στα σοβαρά μόνο όταν η πιθανότητα σύμπτωσης είναι γύρω στη 1 στο εκατομμύριο. Η ιστορία έχει δείξει πως οτιδήποτε άλλο συνήθως εξαφανίζεται όταν μαζευτούν περισσότερα δεδομένα.

Το καλό είναι ότι υπάρχουν τρόποι να διευθετηθεί το ζήτημα. Ο πιο απλός είναι να μαζέψει περισσότερα δεδομένα το LHCb. Ένας άλλος, να ερευνήσουν άλλα πειράματα την ίδια διάσπαση, και πράγματι υπάρχουν μερικά ανά τον πλανήτη με παρόμοιο στόχο. Σε κάθε περίπτωση θα χρειαστούν μερικά χρόνια ακόμα, και μάλλον δεν είναι η επιστημονική είδηση που θα περιμένουμε με κομμένη την ανάσα, εκτός κι αν γράφουμε τίτλους σε tabloids.

Η πρώτη φωτογραφία μαύρης τρύπας τώρα δείχνει το μαγνητικό πεδίο της

Το 2019 το Event Horizon Telescope (EHT), μια κοινοπραξία οκτώ ραδιοτηλεσκόπιων ανά τον κόσμο, μας έδωσε την πρώτη φωτογραφία μαύρης τρύπας. Τώρα το ΕΗΤ ξαναχτυπά. Τώρα έχει μία βερσιόν της ίδιας φωτογραφίας με πόλωση.

Γύρω από κάθε μαύρη τρύπα υπάρχει μεγάλη ποσότητα θερμού υλικού που περιστρέφεται καθώς πέφτει προς τα μέσα. Καθώς το κάνει αυτό εκπέμπει φως. Και, αν υπάρχει μαγνητικό πεδίο, θα κάνει τα κύματα φωτός να δονούνται κατά συγκεκριμένες διευθύνσεις, το οποίο και είναι η πόλωση του φωτός.

Ευτυχώς η πόλωση είναι κάτι που μπορεί να παρατηρηθεί· ήδη τα γυαλιά ηλίου polaroid την ξεχωρίζουν (και κόβουν το πολωμένο φως) οπότε σκεφτείτε τι μπορεί να κάνει ένα τηλεσκόπιο. Αυτό οδήγησε τελικά στον υπολογισμό και τη χαρτογράφηση του μαγνητικού πεδίου γύρω από τα άκρα της τρύπας. Αν έχετε απορία, η δύναμή του είναι ανάμεσα σε 1 και 30 Gauss (με το μαγνητικό πεδίο στην επιφάνεια της Γης να είναι 0.65 Gauss) και απ’ ό,τι φαίνεται σπρώχνει το θερμό αέριο προς τα έξω, ενάντια στην πτώση του προς τη μαύρη τρύπα.

Το ΕΗΤ ετοίμασε και ένα καλό βιντεάκι με τις αστρονομικές παρατηρήσεις που μας πηγαίνουν 53 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, μέχρι τον γαλαξία Μ87 που στο κέντρο του βρίσκεται η εν λόγω τρύπα.

Η ανακάλυψη του odderon

Η πιο cult είδηση του μήνα είναι ότι παρατηρήθηκε για πρώτη φορά ένα σωματίδιο που η ύπαρξή του προτάθηκε πριν μισό αιώνα. Αυτό είναι το odderon, ένα σύνθετο σωματίδιο αποτελούμενο από τρία γλουόνια. Γλουόνια λέγονται τα στοιχειώδη σωματίδια που συγκρατούν τα κουάρκ για να φτιάξουν μεγαλύτερα σωματίδια, όπως τα πρωτόνια και τα νετρόνια στους πυρήνες των ατόμων, και ναι, το όνομά τους βγαίνει από την κόλλα (glue – αν και λέγεται επίσης ότι βγαίνει από την αρχαία ελληνική λέξη για την κόλλα, γλοία). Και τώρα βρέθηκε ότι πέρα από το να βοηθάνε τα κουάρκ, τα γλουόνια σχηματίζουν και μόνα τους μεγαλύτερα σωματίδια.

Τα odderons μπορεί να μην είναι ένας απ’ τους δομικούς λίθους του σύμπαντος ή μια καινούργια δύναμη της φύσης, αλλά είναι κάτι σαν τον guest χαρακτήρα που όλοι περίμεναν να κάνει την εμφάνισή του (εδώ και δεκαετίες). Ο ρόλος τους γίνεται φανερός όταν μεγάλα πλήθη κουάρκ και γλουονίων μαζεύονται σε ακραίες συνθήκες, π.χ. σε επιταχυντές σωματιδίων. Και ακριβώς εκεί εμφανίστηκαν: στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων, όπου τα ανίχνευσε το πείραμα ΤΟΤΕΜ, και στο Tevatron, τον δεύτερο μεγαλύτερο επιταχυντή στην ιστορία στο εργαστήριο Fermilab, όπου τα ανίχνευσε το πείραμα D0. Η λειτουργία του D0 έχει σταματήσει εδώ και χρόνια, αλλά ορισμένα από τα δεδομένα του συνδυάστηκαν τώρα με αυτά του ΤΟΤΕΜ και αποκάλυψαν σημάδια των odderons στον τρόπο που συγκρούονται μερικά πρωτόνια και συνεχίζουν την πορεία τους. Σημαντικό ήταν ότι ο συνδυασμός των δεδομένων έκανε την πιθανότητα το αποτέλεσμα να οφείλεται σε σύμπτωση να είναι μία στο εκατομμύριο, τον μαγικό αριθμό που σημαίνει ότι μπορεί κανείς να πάρει την ανακάλυψη στα σοβαρά.

Υπεραγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου, τώρα και σε λιγότερο ακραίες πιέσεις

Το φθινόπωρο γράψαμε για ένα εργαστήριο που πέτυχε υπεραγωγιμότητα σχεδόν σε θερμοκρασία δωματίου. Η υπεραγωγιμότητα, δηλαδή η ροή ηλεκτρικού ρεύματος χωρίς αντίσταση, συνήθως επιτυγχάνεται σε κατάλληλα υλικά σε θερμοκρασίες μερικών εκατοντάδων βαθμών κάτω από το μηδέν· αν ποτέ δημιουργηθεί σε ψηλότερες θερμοκρασίες μάλλον θα προκαλέσει τεχνολογική επανάσταση.

Τότε γιατί είναι όλα ίδια όπως το φθινόπωρο; Γιατί το εργαστήριο στο πανεπιστήμιο του Rochester δημιούργησε υπεραγωγιμότητα σε 15 βαθμούς Κελσίου, το οποίο είναι αξιοπρεπές, αλλά κάτω από πίεση τόσο υψηλή που συγκρίνεται με αυτή στον πυρήνα της Γης. Κάτι το οποίο δε βοηθάει στο να διαδοθεί η χρήση της.

Αλλά τώρα, η ίδια ομάδα τα κατάφερε πάλι σε -11 βαθμούς και υπό πίεση “μόνο” δύο τρίτα της προηγούμενης. Ναι, ακόμα δεν είναι πίεση δωματίου, αλλά ένα δεύτερο βήμα στη σωστή κατεύθυνση αποτελεί είδηση όταν πρόκειται για τη συγκεκριμένη κατεύθυνση.