Ανιχνεύοντας τη γέννηση και τον θάνατο του Σύμπαντος-Ο θάνατος του πρωτονίου

Από την Κυριακάτικη Καθημερινή Ιανουάριος 2001

Ενα γιγαντιαίο ερευνητικό πρόγραμμα, με προϋπολογισμό της τάξης των 40 εκατομμυρίων δολαρίων και χρονικό ορίζοντα δεκαετιών, βρίσκεται στο στάδιο του σχεδιασμού του από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο. Σκοπός του φιλόδοξου αυτού προγράμματος είναι να ελέγξει μια ανεπιβεβαίωτη μέχρι σήμερα πρόβλεψη της σύγχρονης Θεωρητικής Φυσικής, σύμφωνα με το οποίο το πρωτόνιο -ένα από τα μικροσκοπικά υποατομικά σωματίδια που συγκροτούν κάθε μορφή ύλης- δεν είναι «αθάνατο», όπως πιστεύαμε μέχρι πρόσφατα, αλλά έχει συγκεκριμένο «προσδώκιμο επιβίωσης» και, τελικά, «πεθαίνει», διασπώμενο σε ακόμη μικρότερα, στοιχειωδέστερα σωματίδια.

Το πρωτόνιο είναι ένα θετικά φορτισμένο σωματίδιο, το οποίο -μαζί με το ηλεκτρικά ουδέτερο νετρόνιο- περιέχεται στους πυρήνες όλων των ατόμων που εμφανίζονται στη φύση.

Σύμφωνα με τις σημερινές δοξασίες της Θεωρητικής Φυσικής, όλα τα πρωτόνια του Σύμπαντος δημιουργήθηκαν αμέσως μετά τη διαβόητη «Μεγάλη Εκρηξη» (Big Bang) από την οποία θεωρείται ότι προέκυψε ο κόσμος μας, πριν από 15 δισεκατομμύρια χρόνια. Αν και μέχρι σήμερα δεν έχει παρατηρηθεί εργαστηριακά καμία διάσπαση πρωτονίου, οι επικρατέστερες φυσικές θεωρίες προβλέπουν ότι το εν λόγω σωματίδιο πρέπει να έχει μέσο όρο ζωής κατά είκοσι τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από τη σημερινή ηλικία του Σύμπαντος.

Αυτό σημαίνει ότι, με τις κατάλληλες πειραματικές διατάξεις και με αρκετή τύχη, μπορούμε να ελπίζουμε ότι θα παρατηρούμε μία διάσπαση πρωτονίου το χρόνο κατά μέσον όρο, εάν φυσικά οι προβλέψεις της θεωρίας αποδειχθούν βάσιμες.

Σ' αυτήν την περίπτωση, εάν δηλαδή τα πρωτόνια αποδειχθούν «θνητά», θα πρέπει να συμπεράνουμε ότι όλες οι μορφές της (συνηθισμένης, τουλάχιστον) ύλης θα διασπασθούν, αργά ή γρήγορα - με άλλα λόγια, ότι το Σύμπαν είναι πεπερασμένο.

Πώς όμως μπορεί να ανιχνευθεί εργαστηριακά η διάσπαση ενός πρωτονίου, αφού τα μικροσκοπικά σωματίδια που θα παραχθούν σε μια τέτοια περίπτωση δεν θα είναι ορατά ούτε από το γυμνό μάτι ούτε από άλλες, ισχυρότατες ανιχνευτικές διατάξεις;

Οι επιστήμονες στηρίζονται, επί του προκειμένου, σε μια έμμεση ένδειξη, τη λεγόμενη «ακτινοβολία Τσερένκοφ», μια γαλάζια λάμψη που παρατηρείται στους πυρηνικούς αντιδραστήρες και γενικότερα στην περίπτωση απότομης επιβράδυνσης ταχύτατα κινούμενων σωματιδίων μέσα σε επιβραδυντικό υλικό, όπως το νερό.

Στην περίπτωση του πρωτονίου, οι Ιάπωνες επιστήμονες σχεδιάζουν να κατασκευάσουν μια γιγαντιαία δεξαμενή νερού, περιεκτικότητας ενός εκατομμυρίου τόννων, η οποία θα τοποθετηθεί στο υπέδαφος και θα εφοδιαστεί με οπτικούς αισθητήρες για την ανίχνευση της ακτινοβολίας Τσερένκοφ.

Το υπόγειο αυτό εργαστήριο θα φιλοξενηθεί στην κωμόπολη Καμιόκα της επαρχίας Γκιφού, 250 χιλιόμετρα δυτικά του Τόκιο. Παρόμοιες έρευνες σχεδιάζονται στις Ηνωμένες Πολιτείες, όπου μια άλλη επιστημονική ομάδα φιλοδοξεί να κόψει πρώτη το νήμα στον αγώνα δρόμου για την επιβεβαίωση της διάσπασης του πρωτονίου.