Γιατί τα καόνια παρουσιάζουν την παραβίαση CP;

Από σελίδα του ΑBC

Regenerator Αυτή η συσκευή βοηθάει τους επιστήμονες να εξετάσουν εξωτικά σωματίδια σε έρευνα για να κατανοήσουν γιατί η ύλη κέρδισε την μάχη με την αντιύλη μετά το Big Bang. (Fermi National Accelerator Lab)

Κάνοντας μια νύξη στην ερώτηση γιατί το σύμπαν υπάρχει όπως είναι, ένα πείραμα στο Fermi National Accelerator Laboratory για την διάσπαση των καονίων έχει επιβεβαιώσει με ένα νέο πείραμα το γεγονός οτι η φύση προτιμάει την ύλη.
Κάθε συστατικό της ύλης πχ το ηλεκτρόνιο, έχει κάποιο αντίστοιχο σωματίδιο με αντίθετο φορτίο όπως είναι το αντι-ηλεκτρόνιο που λέγεται ποζιτρόνιο. Εκτός από το φορτίο όλες οι άλλες ιδιότητες είναι οι ίδιες.
Εαν συναντηθούν το σωματίδιο και το αντι-σωματίδιο του τότε εξαφανίζονται και από την σύγκρουση δημιουργείται ακτινοβολία με ενέργεια το άθροισμα των ενεργειών των εξαφανισθέντων σωματιδίων.
Επειδή οτιδήποτε στη φύση είναι από ύλη, μόλις δημιουργηθεί σωματίδιο αντι-ύλης έρχεται σε επαφή με την ύλη και εξαφανίζεται. Μόνο στα εργαστήρια υψηλής ενέργειας μπορεί να διατηρείται το αντι-σωματίδιο.

Απομεινάρια ύλης

Η ερώτηση περιπλέκεται επειδή στο Big Bang δημιουργήθηκαν ίσες ποσότητες ύλης και αντι-ύλης. Και τότε η αντι-ύλη που υπήρχε εξουδετερώθηκε από την ύλη δημιουργώντας ακτινοβολία.
Με ίσες ποσότητες όμως ύλης και αντι-ύλης δεν θα υπήρχε τίποτε στο σύμπαν παρά μόνο φως και αόρατη ακτινοβολία.
Όμως τα αστέρια και η Γη υπάρχουν -- και όλα είναι φτιαγμένα από ύλη. Μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά το Big Bang, το ισοζύγιο μεταξύ ύλης και αντι-ύλης έκλινε προς την ύλη. Όλη η αντι-ύλη εξουδετερώθηκε από σχεδόν ίση ποσότητα ύλης, αλλά εν τούτοις παρέμεινε και αρκετή ύλη να σχηματιστεί το σύμπαν.

Αυτό το φαινόμενο, γνωστό σαν παραβίαση CP, αρχικά εξέπληξε τους φυσικούς. Οι περισσότεροι νόμοι της φυσικής παραμένουν ισοδύναμοι αν ανταλλάξεις τα σωματίδια με τα αντι-σωματίδια τους, μια λειτουργία που οι φυσικοί ονομάζουν συζυγία φορτίου. Αυτό είναι το “C” στο CP.
Επί παραδείγματι, δύο ποζιτρόνια απωθούνται με τον ίδιο τρόπο όπως και δύο ηλεκτρόνια.
Οι πιό πολλοί νόμοι της φυσικής επίσης εργάζονται ισοδύναμα εαν πάρουμε τα κατοπτρικά είδωλα των σωματιδίων, το οποίο καλείται μετασχηματισμός ισοτιμίας, είναι το "Ρ" στο CP.

Νέα δεδομένα από το Fermilab

Η εξαίρεση στην μεταβολή CP είναι η ασθενής δύναμη, που ελέγχει πως τα σωματίδια διασπώνται (β-διάσπαση), αλλά οι φυσικοί πίστευαν πως η δύναμη δεν θα άλλαζε εαν ένα από τα σωματίδια έκανε και αλλαγή φορτίου και κατοπτρικό μετασχηματισμό ή το CP.
Το 1964, οι φυσικοί J.Cronin και Val Fitch παρατήρησαν πως αυτό δεν ήταν αλήθεια στη διάσπαση του καονίου — το πρώτο και για 35 έτη το μόνο, παράδειγμα της παραβίασης CP.
Τρία χρόνια αργότερα, ο Σοβιετικός φυσικός Andrei Sakharov έδειξε πως η παραβίαση CP ήταν συνώνυμη με την ανισορροπία ύλης και αντιύλης. Η CP παραβίαση μπορεί επίσης να μας εξηγήσει γιατί ο χρόνος κυλάει μπροστά.

Αρκετές θεωρίες μπορούν να εξηγήσουν τι βρέθηκε το 1964. Από τότε, οι φυσικοί έψαξαν για περισσότερα παραδείγματα της παραβίασης CP για να δοκιμασουν τις θεωρίες. Το εύρημα του Fermilab είναι το πρώτο που θα χρησιμοποιηθεί σαν ένα άλλο παράδειγμα της παραβίασης CP. Το πείραμα επίσης χρησιμοποιεί τη διάσπαση των καονίων, αλλά ένα διαφορετικό τύπο διάσπασης.
Η ομάδα στο Fermilab, κάπου 80 φυσικοί, συμπεριλαμβανομένου του Tschirhart, από 12 ινστιτούτα, παρουσίασαν τα ευρήματα τους στην Ατλάντα κατά τη διάρκεια συνάντησης της American Physical Society (APS).

Διάφορες Διασπάσεις καονίων

	Κανονική Διάσπαση των Καονίων: Εξωτικά σωματίδια γνωστά σαν καόνια είναι μίγμα δύο μερών — ενός βραχύβιου και ενός μακρόβιου. Οι δύο τύποι του καονίου διασπώνται διαφορετικά.


	Εμμεση παραβίαση CP: Το 1964, οι φυσικοί ανακάλυψαν πως μερικά από τα μακρόβια καόνια μεταμορφώνονται πάλι στα βραχύβια καόνια με μια διαδικασία που καλείται “έμμεση παραβίαση CP”. Το ανίχνευσαν μέσω των εντοπισμένων θραυσμάτων των βραχύβιων καονίων αρκετά μετά τη διάσπαση όλων των βραχύβιων καονίων που αρχικά υπήρχαν.


	Άμεση παραβίαση CP: Οι επιστήμονες στο Fermi National Accelerator Laboratory έχουν τώρα αναγγείλει πως τα μακρόβια καόνια μπορούν κατευθείαν (αμέσως) να διασπαστούν προς το υλικό που συνήθως αναδύεται από τα βραχύβια καόνια ή "άμεση παραβίαση CP". Δηλαδή τα μακρόβια διασπώνται στα ίδια σωματίδια όπως και τα βραχύβια καόνια. Αυτό το πείραμα θα μας βοήθήσει να κατανοήσουμε γιατί το Σύμπαν φτιάχθηκε από ύλη και όχι από αντι-ύλη.

Μια σπάνια διάσπαση

Οι φυσικοί μπορούν να διακρίνουν μεταξύ τους τα δύο γεγονότα (τις δύο κατηγορίες), επειδή τα υπολείμματα που δημιουργούνται όταν ένα καόνιο διασπάται διαφέρουν ελαφρά, εξαρτώμενα από τον τύπο της παραβίασης CP (έμμεσης ή άμεσης) που συμβαίνει.
Το 1964 το γεγονός της έμμεσης παραβίασης παρατηρήθηκε μόνο σε ένα για κάθε 500 καόνια. Το νέο γεγονός είναι πιό σπάνιο, 1 στα 200.000.
Οι θεωρητικοί έχουν πολλά να σκεφθούν. Από την μια, οι τιμές που βρέθηκαν στο Fermilab είναι μεγαλύτερες από ότι προβλέπει το Καθιερωμένο Πρότυπο. Από την άλλη, είναι πάρα πολύ μικρές για να εξηγήσουν την ανισότητα της ύλης-αντιϋλης. Αυτό υπαινίσσεται κάτι άλλο στο Σύμπαν που είναι επίσης παραβίαση CP, ίσως μία ακόμη άγνωστη δύναμη.
Δεν καταλαβαίνουμε δηλαδή τον πραγματικό υπόγειο μηχανισμό. Το εργαστήριο σωματιδιακής φυσικής στο CERN αναλύουν κι εκεί καινούργια δεδομένα από ένα παρόμοιο πείραμα, και δύο άλλα πειράματα που προσβλέπουν για την παραβίαση CP στα σωματίδια μεσόνια B θα γίνουν στα μέσα του 2000.

Δείτε και τα σχετικά άρθρα

Ενδιαφέρουσες ιστοσελίδες

Fermilab Η σελίδα του εργαστηρίου Fermilab

Home