Μια άλλη θεμελιώδης σταθερά κατηγορείται για αλλαγή

Πηγή: NewScientist, 21 Απριλίου 2006

Οι κοσμολόγοι ισχυρίζονται ότι έχει βρει στοιχεία ότι ακόμα μια θεμελιώδης σταθερά της φύσης, που ονομάζεται mu, μπορεί να έχει αλλάξει κατά τη διάρκεια των τελευταίων 12 δισεκατομμυρίων ετών. Εάν επιβεβαιωθούν, το αποτέλεσμα θα μπορούσε να αναγκάσει μερικούς φυσικούς να ξανασκεφτούν ριζικά τις θεωρίες τους. Θα έδινε επίσης υποστήριξη στη θεωρία χορδών, η οποία προβλέπει πρόσθετες χωρικές διαστάσεις.

Χρησιμοποιώντας ένα κβάζαρ που βρίσκεται 12,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας ως αναγνωριστικό σήμα, μια ομάδα αστρονόμων ανίχνευσε την παρουσία μοριακού υδρογόνου στο πιο απώτατο σημείο που βρέθηκε ποτέ, σε ένα αόρατο μέχρι τώρα γαλαξία, τον οποίο παρατηρούμε όταν το σύμπαν ήταν λιγότερο από 1,5 δισεκατομμυρίων ετών, δηλαδή περίπου στο 10% της παρούσας ηλικίας του

Οι αστρονόμοι διαπιστώνουν ότι υπάρχει περίπου ένα μόριο υδρογόνου για 250 άτομα υδρογόνου. Ένα παρόμοιο σύνολο παρατηρήσεων για δύο άλλα κβάζαρ, μαζί με τις πιο ακριβείς εργαστηριακές μετρήσεις, επιτρέπει στους επιστήμονες να συμπεράνουν ότι ο λόγος του πρωτονίου με τη μάζα του ηλεκτρονίου μπορεί να έχει αλλάξει με το χρόνο.

Δεν είναι βέβαια η πρώτη φορά που κάποια βασική φυσική σταθερά κατηγορείται ότι μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια του χρόνου. Η πιο διάσημη διαμάχη, σχετίζεται με τη σταθερά λεπτής υφής α, που εξηγεί πώς αλληλεπιδρά το φως με τα ηλεκτρόνια. Ορισμένοι φυσικοί υποστηρίζουν ότι μεταβάλλεται, ενώ άλλοι ότι παραμένει σταθερά.

Ο λόγος της μάζας ενός πρωτονίου με τη μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι η σταθερά mu και είναι από τις πιο μυστηριώδεις από τις σταθερές. Ενώ δεν υπάρχει εξήγηση γιατί η μάζα του πρωτονίου είναι κατά 1836 φορές μεγαλύτερη από αυτή του ηλεκτρονίου.

Η ακριβής σημερινή τιμή της σταθεράς αυτής είναι 1.836,153

Η σταθερά αυτή εξουσιάζει την ισχυρή πυρηνική δύναμη, που συγκρατεί τα πρωτόνια και τα νετρόνια στον ατομικό πυρήνα, ενώ είναι επίσης υπεύθυνη για τη σύνδεση των κουάρκς - τις δομικές μονάδες ή λίθους των πρωτονίων, νετρονίων καθώς και άλλων στοιχειωδών σωματιδίων (πλην βεβαίως των λεπτονίων). 

Μακρινά κβάζαρ

Τη διακύμανση στη σταθερά mu εντόπισαν ερευνητές του Free University στο Άμστερνταμ της Ολλανδίας και στο Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο της Χιλής.

Αυτοί κατέληξαν στο συμπέρασμα αυτό συγκρίνοντας το φάσμα του μοριακού υδρογόνου στο εργαστήριο με το αντίστοιχο φάσμα στο μακρινό κβάζαρ των 12 δισεκατομμυρίων ετών φωτός. Το φάσμα εξαρτάται από τη σχετική μάζα του πρωτονίου και ηλεκτρονίου στο μόριο.

Έτσι, βρήκαν ότι η αναλογία μάζας μεταξύ πρωτονίων και ηλεκτρονίων πρέπει να έχει μειωθεί κατά 0,0002% τα τελευταία 12 δισεκατομμύρια χρόνια, όπως λέει το μέλος της ομάδας Wim Ubachs.

Τα νέα ευρήματα για το mu, οφείλονται αρχικά στις ακριβείς μετρήσεις δύο μακρινών κβάζαρς από τον Alexandre V. Ivanchik του Ινστιτούτου Ioffe στην Πετρούπολη της Ρωσίας και τον Patrick Petitjean του Αστροφυσικού Ινστιτούτου της Γαλλίας στο Παρίσι.

"Αυτό το αποτέλεσμα είναι πολύ ενδιαφέρον εάν είναι αληθινό", λέει ο Thibault Damour στο Ίδρυμα Προηγμένων Επιστημονικών Μελετών (IHES) της Γαλλίας, που συνυπόγραψε μια εργασία του 1996, που δεν βρήκε καμία αλλαγή στη σταθερά λεπτής υφής, την άλφα.

Κάθε μεταβολή στη mu θα ενίσχυε τις θεωρίες που προϋποθέτουν επιπλέον διαστάσεις. Σύμφωνα με αυτές, καθώς οι επιπλέον διαστάσεις εξελίσσονται με τρόπο παρόμοιο με το επεκτεινόμενο τρισδιάστατο σύμπαν, οι σταθερές ποικίλλουν τόσο στον χώρο όσο και στον χρόνο.

Ή μπορεί να οφείλεται στο ότι ακόμα δεν καταλαβαίνουμε πλήρως το πρωτόνιο: μπορεί το ίδιο να εξελίσσεται με τον χρόνο στο σύμπαν, κάτι που οδηγεί στην παρατηρηθείσα μεταβολή.

"Οι ασυνήθιστοι ισχυρισμοί απαιτούν ασυνήθιστες αποδείξεις και αυτά τα στοιχεία δεν υπάρχουν ακόμα", λέει ο Victor Flambaum στο πανεπιστήμιο της Νότιας Νέας Ουαλίας της Αυστραλία. "Αυτό το αποτέλεσμα πρέπει να επιβεβαιωθεί και από άλλες ομάδες προτού να γίνει μια επανάσταση στην κοσμολογία."

Περιοδικό δημοσίευσης: Physical Review Letters (vol 96, p 151101)

Δείτε και τα σχετικά άρθρα
Αστρονόμοι βρίσκουν ενδείξεις για την θεμελιώδη φυσική στο σύμπαν
Παγκόσμια σταθερά παραμένει αναλλοίωτη εδώ και 7 δισεκατομμύρια χρόνια
Μεταβάλλονται οι νόμοι της φύσης με τον χρόνο; Τι δείχνει η πειραματική έρευνα
Οι νόμοι της φυσικής "μπορεί να αλλάζουν"
Αλλάζουν οι φυσικές σταθερές με τον χρόνο;