Πρώτη ρωγμή στο Καθιερωμένο Μοντέλο ?

[smoking mirror]

Παραθέτω άρθρο της ιστοσελίδας physics4u.gr που έχει ως πήγη το περιοδικό New Scientist και αναφέρει την πρώτη σημαντική διαφωνία του Καθιερωμένου Μοντέλου (Standard Model) της Κβαντομηχανικής με τα πειράματα υπολογισμού της μαγνητικής ροπής του μιονίου.

 

Ένα πείραμα με μιόνιο ίσως δείχνει την πρώτη σημαντική ρωγμή στο καθιερωμένο μοντέλο

 
Το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής είναι σαν το άναρχα δομημένο κάστρο Gormenghast  - μιας γνωστής νουβέλας -, όπου κατασκευάστηκε κτίζοντας συνεχώς καινούργια δωμάτια ανάλογα με τις προκύπτουσες ανάγκες, που δεν στηρίχτηκε δηλαδή εξαρχής σε ένα καθορισμένο σχέδιο. Το μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής κτίστηκε για να στεγάσει μια εξήγηση σε επίπεδο σωματιδίων για ολόκληρο το σύμπαν, και αυτό το πετυχαίνει σε πολλά σημεία.

Μερικοί φυσικοί ψάχνουν τώρα να αναστρέψουν τα παραρτήματα του για να βολέψουν το μποζόνιο Higgs, την σκοτεινή ύλη και το γκραβιτόνιο (βαρυτόνιο), αν βεβαίως αυτά μπορούν να βρεθούν. Άλλοι σκέφτονται ότι η δομή πρέπει να εξεταστεί προσεκτικά, και έχουν δουλέψει πάνω σε νέα σχέδια για να "μεγαλώσουν το κάστρο" βασισμένοι σε ιδέες, όπως είναι η θεωρία των χορδών. Το πρόβλημα είναι, ότι είναι σχεδόν αδύνατο να πούμε εάν αυτά τα σχέδια είναι ρεαλιστικά, ή είναι απλά φανταστικές κατασκευές μέσα σε σύννεφα.

Ακόμη και εκείνοι που δεν θέλουν να ρίξουν το "κάστρο" δεν θα τους πείραζε να δοκιμάσουν την αντοχή του καθιερωμένου μοντέλου, χρησιμοποιώντας κάποιο μεγάλο πυροβολικό. Αυτός είναι ο κύριος λόγος για την κατασκευή του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), η μεγαλύτερη μηχανή που έχει κτιστεί ποτέ για πειράματα σωματιδίων κοντά στη Γενεύη.

 

Θα ανοίξει το μιόνιο ρωγμή στο προπύργιο της σωματιδιακής φυσικής; 

Αποτελέσματα που βγήκαν μέσα από βασανιστικά πειράματα δείχνουν ότι έχει τους αριθμούς με την πλευρά της

Ωστόσο, αρκετές μικρότερες ομάδες χρησιμοποιούν με επιτυχία μια πιο ήπια προσέγγιση, κτυπώντας τα αδύναμα σημεία του κάστρου του καθιερωμένου μοντέλου. Μεταξύ αυτών, ένα πείραμα με μιόνια, ξεχωρίζει γιατί λέγεται ό,τι μπορεί να είναι η πρώτη μεγάλη ρωγμή στο οικοδόμημα του καθιερωμένου μοντέλου.

Εδώ και χρόνια η επιστημονική συνεργασία E821, που βασίζεται στο Εργαστήριο Brookhaven, μελετάει τα μιόνια. Αυτά τα σωματίδια είναι ασταθή παρόμοια με τα ηλεκτρόνια, αλλά κάπου 200 φορές πιο βαριά. Η έρευνα εστιάστηκε σε μια κβαντική ιδιότητα, την μαγνητική ροπή των μιονίων και βρήκε ότι το καθιερωμένο μοντέλο είναι ελλιπές. Σύμφωνα με τις μετρήσεις, υπάρχει μία 0,27 τοις εκατό πιθανότητα το καθιερωμένο μοντέλο να είναι σωστό.

Οι πιθανότητες ώστε η ομάδα E821 να έχει ανακαλύψει μια ρωγμή στο πεδίο της φυσικής, όπως την γνωρίζουμε, είναι αρκετές αλλά χρειαζόμαστε πιο ακριβείς μετρήσεις για να είμαστε σίγουροι. Μια νέα επιστημονική έρευνα που ονομάζεται P989 σχεδιάζει ένα πείραμα που έχει ως στόχο να φτάσει το είδος της ακρίβειας που απαιτείται. Κι όχι μόνο αυτό, αυτοί ελπίζουν να μετρήσουν τη μαγνητική ροπή που θα μας αποκαλύψει νέα φαινόμενα που υπερβαίνουν τις δυνατότητες ακόμη και του ισχυρού επιταχυντή LHC.

Η ιστορία της μαγνητικής ροπής του μιονίου χρονολογείται από το 1928, όταν ο Βρετανός φυσικός Paul Dirac επινόησε εξισώσεις που περιγράφουν τον τρόπο που συμπεριφέρονται τα κβαντικά σωματίδια κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Τα μιόνια και τα ελαφρύτερα ξαδέλφια τους, τα ηλεκτρόνια, μπορούν να θεωρηθούν σαν στρεφόμενες φορτισμένες μπάλες, οι οποίες δημιουργούν ένα μικροσκοπικό μαγνητικό πεδίο - τη μαγνητική ροπή.

Ο Dirac υπολογίζεται ότι μια σχετική ποσότητα που ονομάζεται παράγοντας-g πρέπει να είναι ακριβώς 2 για τα ηλεκτρόνια και τα μιόνια. Όταν οι ερευνητές μέτρησαν τελικά τη μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου, σχεδόν 20 χρόνια αργότερα, διαπίστωσαν ότι ήταν ελαφρώς υψηλότερη από 2. Το 1948, αυτοί πηγαίνοντας να θέσουν τα θεμέλια του καθιερωμένου μοντέλου συνειδητοποίησαν ότι ο λόγος για την «ανώμαλη» μαγνητική ροπή βρίσκεται στα φευγαλέα αποτελέσματα των εικονικών (virtual) σωματιδίων, οντότητες που εμφανίζονται μόνο για να εξαφανιστούν και πάλι για μια στιγμή.


Ο παράγοντας g

Στην πραγματικότητα, η μαγνητική ροπή είναι τόσο ευαίσθητη που επηρεάζεται από την παρουσία σωματιδίων άγνωστα στις μέρες του Dirac, συμπεριλαμβανομένων των κουάρκ, των μποζονίων W και Z καθώς και από το μποζόνιο Higgs. Πράγματι, η κβαντική μηχανική μας λέει ότι οι εικονικές εκδόσεις των κάθε είδους σωματιδίων - συμπεριλαμβανομένων και εκείνων που δεν έχουμε ανακαλύψει ακόμη - μπορούν να αναδυθούν στον πραγματικό μας κόσμο, δανειζόμενα  κάποια απειροελάχιστη ενέργεια για μια στιγμή (αρχή της απροσδιοριστίας). Το φαινόμενο αυτό μας δίνει κάποιες πιθανότητες, ακόμα και για σωματίδια που είναι πολύ βαριά και δύσκολο να τα φτιάξουμε στο εργαστήριο - ακόμη και στον πιο ισχυρό επιταχυντή όσο είναι ο LHC - να μπορούμε να τα ανιχνεύσουμε. "Βασικά, κάτι το οποίο δεν είναι αυστηρά απαγορευμένο επιτρέπεται," λέει ο David Kawall στο Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Amherst, επαναλαμβάνοντας μια φράση του συγγραφέα επιστημονικής φαντασίας T. H. White The Once and Future King,

Το μιόνιο επηρεάζεται πολύ περισσότερο από το ηλεκτρόνιο, λόγω της μεγαλύτερης μάζας του. Κι αυτό επειδή έχει περισσότερη ενέργεια διαθέσιμη να δανειστούν τα εικονικά σωματίδια. Η μαγνητική ροπή του ηλεκτρονίου είναι ένα από τα πιο επαληθευμένα μεγέθη που προβλέπει το καθιερωμένο μοντέλο. Δεν ισχύει όμως το ίδιο για τα μιόνια. Τα πρώτα σημάδια ότι όλα δεν ήταν και τόσο καλά, ήρθαν λίγο μετά το πείραμα E281 στο μέσα του 1990.

Μόλις αυτά τα σημάδια εμφανίστηκαν, τα μιόνια διασπώνται σχεδόν 200.000 φορές πιο γρήγορα από ό,τι μπορείτε να ανοιγοκλείσετε το μάτι σας, γι αυτό και απαιτείται ένα ειδικό τέχνασμα προκειμένου να μετρηθεί η μαγνητική ροπή τους. Εδώ προσφέρεται ευγενικά η σχετικότητα. Ο χρόνος επιβραδύνεται για τα μιόνια αν τα επιταχύνουμε κοντά στην ταχύτητα του φωτός, εξασφαλίζοντας έτσι ότι αυτά μένουν 'άθικτα' για αρκετό χρόνο ώστε να τα μελετήσουμε.

Για να φτιάξει μιόνια, η ομάδα E821 έβαλε μια δέσμη πρωτονίων να συγκρουστεί με μια σειρά από δίσκους νικελίου, δημιουργώντας έτσι ένα ντους από άλλα σωματίδια. Ορισμένα από αυτά (πιόνια) διασπάστηκαν σε μιόνια, τα οποία αποθηκεύονται γρήγορα με την διοχέτευση τους σε ένα επιταχυντή σχήματος ντόνατ, όπου χρησιμοποιούνται ισχυροί ηλεκτρομαγνήτες για να κινούνται σωστά γύρω από το δακτύλιο. (κλικ για μεγέθυνση της εικόνας)

Ένα μιόνιο που περιστρέφεται συμπεριφέρεται σαν ένας μικρός μαγνήτης. Ακριβώς όπως δύο μαγνήτες σε μικρή απόσταση ασκούν δυνάμεις ο ένας στον άλλο, έτσι και το μαγνητικό πεδίο του μιονίου αλληλεπιδρά με το πεδίο του ηλεκτρομαγνήτη στον επιταχυντή. Αυτό αναγκάζει τον άξονα του σπιν των μιονίων να στρέφεται κατά μία γωνία που εξαρτάται από τη μαγνητική ροπή του. Αν ο παράγοντας g του μιονίου ήταν ακριβώς 2, τότε ο άξονας περιστροφής του θα ήταν πάντα προς την ίδια κατεύθυνση με την πορεία του. Αλλά τα εικονικά σωματίδια που αναδύονται και εξαφανίζονται αυτοστιγμής γύρω από τα μιόνια, αναγκάζουν τον παράγοντα g να είναι ελαφρώς μεγαλύτερος κι όχι 2. Έτσι, αναγκάζεται ο άξονας περιστροφής του μιονίου να γλιστράει, καθώς περιστρέφεται γύρω από το δακτύλιο.

 Για τον προσδιορισμό της μαγνητικής ροπής, η ερευνητική ομάδα E821 περίμενε μέχρι το μιόνιο να διασπαστεί σε ένα ηλεκτρόνιο. Μια σειρά από ανιχνευτές τοποθετημένοι  γύρω από το δακτύλιο της συσκευής μετρούσαν την ενέργεια και τη διαδρομή του ηλεκτρονίου. Από τις πληροφορίες αυτές, η ομάδα ήταν σε θέση να ενώσει μαζί το μέγεθος του σπιν των μιονίων και να υπολογίσετε τον συντελεστή g.
 

Το μιόνιο  δημιουργεί το δικό του πεδίο εξ αιτίας του σπιν και του φορτίου του. Αν όμως εκεί κοντά αναδύονται άλλα σωματίδια από το κενό τότε επηρεάζουν το μαγνητικό πεδίο του μιονίου

Όταν η ομάδα E821 ολοκλήρωσε το πείραμα, τα μέλη της ήταν συγκλονισμένοι από αυτό που βρήκαν. ο παράγοντας g του μιονίου δεν ήταν κοντά στην τιμή που αναμενόταν από τη θεωρία. Στην πραγματικότητα, η τιμή ήταν τόσο εξωφρενικά διαφορετική που τους οδήγησε να υπολογίσουν μια 0,27% πιθανότητα το καθιερωμένο μοντέλο να ταιριάζει με την πραγματικότητα. Είτε το κανονικό μοντέλο είναι σωστό και η γνώση του παράγοντα g του μιονίου εντός του πλαισίου αυτού είναι ελλιπής, ή το καθιερωμένο πρότυπο είναι λάθος.

 Το πείραμα E821 έγινε το 2001, αλλά το αποτέλεσμά του ακόμα και σήμερα συζητείται έντονα. Ο επιταχυντής LHC είναι 600 φορές μεγαλύτερος από ό,τι ο επιταχυντής των 14-μέτρων του E821, και 900 φορές πιο ισχυρός, αλλά το πείραμα E821 συνεχίζει να στέκεται πιο ψηλά. Δεν υπάρχει άλλη μέτρηση που να είναι σε τέτοια έντονη αντίθεση με το καθιερωμένο μοντέλο.

Γνωρίζοντας πόσο αιρετικά είναι ακόμα τα αποτελέσματα του E821, ο Ιταλός Massimo Passera στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στην Πάντοβα, μαζί με τον William Marciano στο Brookhaven και τον Alberto Sirlin στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης, εξέτασαν τη δυνατότητα ότι η θεωρητική πρόβλεψη του καθιερωμένου μοντέλου για τη μαγνητική ροπή του μιονίου να είχε υπολογισθεί λανθασμένα.

Από όλα τα πιθανά σωματίδια που μπορούν να επηρεάσουν, το λιγότερο κατανοητό είναι η συμβολή των αδρονίων - τα σωματίδια που αποτελούνται από κουάρκς. Ο Passera και οι συνάδελφοί του αναρωτήθηκαν τι θα συνέβαινε εάν αυξήσουν την επίδραση των αδρονίων για να φέρουν την θεωρητική μαγνητική ροπή του μιονίου σε συμφωνία με το πείραμα του E821.

Το πρόβλημα με - ή η ομορφιά της, ανάλογα με την άποψή σας - το καθιερωμένο μοντέλο είναι ότι δεν μπορείτε να κάνετε αλλαγές σε ένα μέρος χωρίς αυτές να επηρεάζουν άλλα μέρη. Έτσι, η αύξηση της επίδρασης των αδρονίων πάνω στην μαγνητική ροπή του μιονίου, αναγκάζει τη θεωρητική μάζα του μποζονίου W να μειωθεί. Ωστόσο, τη μάζα του μποζονίου W περιορίζεται αυστηρά από τα πειράματα, και έτσι πρέπει να αλλάξει κάτι άλλο για να εξηγήσει το αποτέλεσμα του E821.

Αυτό το κάτι άλλο είναι η μάζα του μποζονίου Higgs. Κανένα Higgs δεν εντοπίσαμε ποτέ έως τώρα, και δεν ξέρουμε τη μάζα του. Ωστόσο προηγούμενα πειράματα στο CERN έχουν αποκλείσει τιμές κάτω των 114 GeV ενώ το κανονικό μοντέλο δείχνει ότι είναι λιγότερο από 160 GeV.

Ο Passera μαζί με τους άλλους συνάδελφους του αναρωτήθηκε πώς επηρεάζουν οι διάφορες πιθανές μάζες Χιγκς την μαγνητική ροπή του μιονίου. Για να ταιριάζει με το αποτέλεσμα του E821, οι υπολογισμοί τους δείχνουν ότι η μάζα Higgs είναι πολύ χαμηλότερη από 114 GeV, η οποία έχει ήδη αποκλειστεί. Άρα αυτό δημιουργεί τη δυσάρεστη πιθανότητα ότι το καθιερωμένο μοντέλο είναι λάθος, εφ 'όσον τα αποτελέσματα του πειράματος E821 είναι καλά.
 
Όμως, υπάρχουν και κάποια περιθώρια στους υπολογισμούς του Passera. Δείχνουν ότι το ανώτατο όριο για τη μάζα Higgs μπορεί να είναι 135 GeV. Αυτό πάλι φαίνεται δυσάρεστο, διότι περιορίζει το εύρος των πιθανοτήτων στο πλαίσιο του καθιερωμένου μοντέλου και αυτό σημαίνει ότι είναι πιο πιθανό να είναι λάθος.

Αλλά ότι είναι κακές ειδήσεις για το καθιερωμένο μοντέλο είναι καλή είδηση για τους φυσικούς που προσπαθούν να το ανακαινίσουν. Η διαφωνία μεταξύ των πειραματικών και θεωρητικών τιμών για τον παράγοντα g των μιονίων δείχνει ότι τα ως τώρα μη ανακαλυφθέντα σωματίδια είναι δυνατόν να συμβάλλουν, θολώνοντας τα πειραματικά νερά. Μεταξύ των πρωτοπόρων είναι τα υπερσυμμετρικά σωματίδια - θεωρητικοί βαρέων βαρών εταίροι για κάθε ένα από τα γνωστά μας σωματίδια.

"Υπάρχουν υπερσυμμετρικές θεωρίες που θα μπορούσαν να εξηγήσουν αυτή την ασυμφωνία πολύ καλά", λέει ο Passera.

Παρ όλα αυτά, οι φυσικοί έχουν περιορίσει τον ενθουσιασμό τους, μέχρι πιο ακριβείς μετρήσεις να επιβεβαιώσουν ή να απομυθοποιήσουν την διαφωνία μεταξύ θεωρίας και πειράματος.

Και εδώ εμφανίζονται οι David Kawall (Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης στο Amherst), και David Hertzog (Πανεπιστήμιο Urbana-Champaign του Illinois) με το πείραμα P989. Οι τελευταίοι έχουν σχέδια για να κάνουν το επόμενο πείραμα του παράγοντα g του μιονίου στο εργαστήριο Fermilab. Οι εγκαταστάσεις του επιταχυντής θα πρέπει να είναι σε θέση να δώσουν έξι φορές περισσότερα μιόνια από ό,τι χρησιμοποιούνται στο E821, ενώ ο δακτύλιος αποθήκευσης θα πρέπει να συμπληρώνεται τέσσερις φορές πιο συχνά. Αυτό σημαίνει ότι σε ένα μόλις χρόνο, το νέο πείραμα P989 θα μπορούσε να συγκεντρώσει 20-πλάσια δεδομένα, από το σύνολο του πειράματος E821, οπότε θα μειωθούν οι αβεβαιότητες σχετικά με τη μέτρηση. Διάφορες δε μελέτες έχουν διαπιστώσει ότι θα μπορούσαν να επιτύχουν την ακρίβεια που απαιτείται για να κάνουν τελικά μια οπή στο οικοδόμημα του καθιερωμένου μοντέλου.

Για να πάρει υψηλότερο αριθμό δεδομένων, η ομάδα του P989 θα χρειαστεί ολοκληρωτικά νέους ανιχνευτές για τα ηλεκτρόνια, αλλά άλλα τμήματα του πειράματος E821 θα ανακυκλωθούν. Για παράδειγμα ο ηλεκτρομαγνήτης του των 680 τόνων θα ταξιδέψει από το Upton στην Batavia με έναν συνδυασμό γερανού, φορτηγίδας και σιδηροδρόμων.

"Θα μπορούσε να είναι έτοιμο στα τέλη του 2014, ανάλογα με τη χρηματοδότηση", υποστηρίζει ο Hertzog.

 

(Υπάρχει και τρίτο μέρος που θα δημοσιευσεί προσεχώς)

[Ορφέας]

    Το καθιερωμένο μοντέλο επιβιώνει και επαληθεύτηκε για μια ολόκληρη 35ετία, παρότι δέχθηκε πολλές αμφισβητήσεις μέχρι σήμερα. Εκείνο που δεν λαμβάνεται υπόψη από όσους την αμφισβητούν, είναι πρώτον το γεγονός ότι, είναι η καλύτερη θεωρία μέχρι σήμερα, η οποία έχει συμβάλλει τα μέγιστα στην έρευνα της Σωματιδιακής και Κβαντικής Φυσικής και δεύτερον, ότι είναι μια χονδροειδής θεωρία συμμετρίας η οποία δεν λαμβάνει υπόψη της ούτε την βαρύτητα, ούτε την αυτόματη γέννηση και εξαφάνιση  σωματιδίων. Έτσι, από τα τέλη του περασμένου αιώνα ακόμη έδειχνε να ανατρέπεται, όταν δείχθηκε ότι το "parity" (η κατοπτρική συμμετρία) ορισμένων σωματιδίων παραβίαζαν την θεωρούμενη συμμετρία.

    Θεωρώ ότι, όπως η κλασσική Φυσική δεν ανατράπηκε από την σχετικότητα και την κβαντική, αλλά φάνηκε ότι αποτελεί χονδροειδή υποπερίπτωση των νέων θεωριών της Φυσικής, έτσι και το καθιερωμένο μοντέλο θα συνεχίζει να ισχύει ως υποπερίπτωση μιας θεωρίας υπερσυμμετρίας, όπου η βαρύτητα και μια πληθώρα αλληλεπιδράσεων άγνωστων μέχρι σήμερα σωματιδίων, θα περιληφθούν στην νέα ολοκληρωμένη θεωρία.

    Υπάρχει και μια παράμετρος που δεν λαμβάνεται υπόψη στα επιτελούμενα πειράματα. Και αυτή η παράμετρος είναι η διαστατικότητα του χώρου όταν εκδιπλώνεται στις βασικές του διαστάσεις. Ο Εσωτερισμός έχει δώσει το πλαίσιο λειτουργίας αυτών των διαστάσεων αλλά και του πλήθους αυτών - δωδεκαδιάστατος κόσμος δομημένος τρισδιάστατα με βάση πολύγονα Πεντάγωνα- η σημερινή επιστήμη όμως έχοντας αποκοπεί από την εσωτερική Σοφία, πασχίζει ακόμα να κατανοήσει και αυτό ακόμα το πλαίσιο λειτουργίας των βασικών στοιχείων της γέννησης του Σύμπαντος. Έτσι, κάνει ένα ακόμη βασικό λάθος, όταν προσπαθεί να ερμηνεύσει τις υποατομικές αλληλεπιδράσεις, ανάγοντάς τες σε έναν τετραδιάστατο χωροχρόνο.

    Αναμένουμε την συνέχεια του παραπάνω άρθρου....

[smoking mirror]

(μέρος 3ο)


Τα πειράματα για τη μέτρηση του παράγοντα g του μιονίου, δεν είναι τα μόνα που οι ερευνητές προσπαθούν να κάνουν ώστε να πάρουν βραβείο Νόμπελ για μια νέα φυσική σε πολύ χαμηλότερες ενέργειες. Μια επιστημονική συνεργασία, που ονομάζεται Mu2e, σχεδιάζει να κάνει ένα πείραμα στο Fermilab ώστε να ψάξουν για κάτι που απαγορεύεται εντός των τειχών του Καθιερωμένου Μοντέλου: μια θεωρητική ιδέα που ονομάζεται “παραβίαση της γεύσης”.

Το στάνταρτ μοντέλο περιγράφει μια καλώς καθιερωμένη σχέση μεταξύ των ηλεκτρονίων και των μιονίων: όταν ένα μιόνιο διασπάται, παράγει ένα ηλεκτρόνιο μαζί με δύο νετρίνα – τα νετρίνο μιονίου και το αντινετρίνο ηλεκτρονίου. Αναφέρει, επίσης, ότι η διαδικασία της διάσπασης πρέπει να διατηρεί μια ιδιότητα γνωστή ως γεύση. Φανταστείτε ότι το μιόνιο έχει γεύση … μέντας. Η διαδικασία της διάσπασης πρέπει να είναι διατηρεί τη γεύση της μέντας κατά την έναρξη και το πέρας της. Δεν μπορεί να καταλήξει με γεύση λεμόνι.

Τα νετρίνα μιονίου μεταφέρουν την ίδια γεύση με τα μιόνια. Εν τω μεταξύ, η γεύση του αντινετρίνο ηλεκτρονίου ακυρώνει τη γεύση του ηλεκτρονίου. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ότι, χάρις στο νετρίνο του μιονίου, η αρχική γεύση του μιονίου διατηρείται στα τελικά προϊόντα της διάσπασης.

Αλλά αρκετές προταθείσες αναθεωρήσεις του καθιερωμένου μοντέλου απαιτούν τα μιόνια να μετατραπούν σε ηλεκτρόνια χωρίς τη βοήθεια των νετρίνων. Οι εν λόγω φόρμουλες απαιτούν νέες σχέσεις μεταξύ των μιονίων και ηλεκτρονίων.

Σύμφωνα με αυτές τις νέες θεωρίες της φυσικής, μπορούν τα μιόνια αντίθετα να αλληλεπιδρούν με εικονικά υπερσυμμετρικά σωματίδια, ή ίσως με ένα νέα σωματίδιο που αλλάζει τη γεύση, αλλά που δεν έχουμε βρει ακόμα. Σε αυτές τις αντιδράσεις, ένα μιόνιο αρωματισμένο με μέντα, θα μπορούσε να διασπαστεί σε ένα ηλεκτρόνιο με γεύση λεμόνι, που δεν απαιτούσε την παρουσία νετρίνων.  Αυτή την άποψη θέλει η ομάδα Mu2e να αναζητήσει.

Το σχέδιο είναι να πέσουν πρωτόνια πάνω σε ένα στόχο από χρυσό. Ανάμεσα στα συντρίμμια της σύγκρουσης θα είναι σωματίδια που θα διασπαστούν αμέσως σε μιόνια, και αυτά με τη σειρά του, θα απομακρυνθούν μακριά για να παγιδευτούν μέσα σε κάποια γειτονικά αλουμινόφυλα. Επειδή τα μιόνια συμπεριφέρονται σαν βαριά ηλεκτρόνια, κάποια από αυτά θα πρέπει να προσελκυστούν από τους πυρήνες του αλουμινίου (αργιλίου), σαν να ήταν ηλεκτρόνια, οπότε θα περιστρέφονται γύρω από τους πυρήνες σχηματίζοντας εξωτικά άτομα για λίγα λεπτά μέχρι να διασπαστούν τα μιόνια.

Η ομάδα Mu2e ελπίζει να πιάσει περίπου 1017 μιόνια κατά τη διάρκεια των δύο ετών που θα χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνική. Αναμένουν μάλιστα μόνο ένα μιόνιο να διασπάται όπως περιγράφει το στάνταρτ μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, με ένα ηλεκτρόνιο, με ένα νετρίνο μιονίου και ένα αντινετρίνο ηλεκτρονίου να μεταφέρουν την ενέργεια. Ανάλογα με το πώς θα συμπεριφερθούν τα προϊόντα της διάσπασης, η ομάδα θα δει μια διάδοση της ενέργειας των ηλεκτρονίων στον ανιχνευτή της.

Αν θα προκύψει η παραβίαση της γεύσης των μιονίων, τότε όλη σχεδόν η ενέργεια των διασπασθέντων μιονίων θα πάει στο ηλεκτρόνιο. Έτσι, αντί να δούμε μια διάδοση της ενέργειας από τρία διασπασθέντα μιόνια, αυτά τα μοναχικά ηλεκτρόνια αναμένεται να παρουσιαστούν ως μια ακίδα (αιχμή) στο διάγραμμα της ενέργειας στα περίπου 105 MeV.

Για να κατανοήσουν το πείραμα, έπρεπε να ενώσουν τις δυνάμεις τους φυσικοί υψηλής ενέργειας με πυρηνικούς φυσικούς που ξέρουν πώς αλληλεπιδρούν οι πυρήνες αργιλίου με τα σωματίδια που πέφτουν πάνω τους. Αυτή η συνεργασία πρέπει να καταλάβει ποιές άλλες σπάνιες διαδικασίες μπορεί να διώξουν ένα ηλεκτρόνιο στα 105 MeV και, συνεπώς, μιμούνται τις γεύσεις που αλλάζουν. Είναι δε πεπεισμένοι ότι μπορούν να τις ξεχωρίσουν.

Αν αυτοί μπορέσουν να δουν εμφανή παραβίαση της γεύσης στις διασπάσεις των μιονίων, το επόμενο βήμα τους θα είναι να ξεκινήσουν την αντικατάσταση του αργιλίου με άλλους πυρήνες. "Κάθε πυρήνας θα έχει ένα διαφορετικό συντελεστή μετατροπής μιονίου σε ηλεκτρόνιο, ανάλογα με την πηγή της νέας φυσικής”, λέει ο Bob Bernstein, ένας εκπρόσωπος του πειράματος Mu2e. Αυτό σημαίνει ότι η ομάδα Mu2e θα μπορούσε να εντοπίσει τους ευνοημένους διαδόχους του Καθιερωμένου Μοντέλου. Με επαρκή χρηματοδότηση, θα μπορούσε να αρχίσει τα πειράματα το 2016.

Κατά τα προσεχή έτη, το οικοδόμημα του καθιερωμένου μοντέλου θα αντιμετωπίσει έναν πρωτοφανή καταιγισμό νέων δοκιμών. Άντεξε για σχεδόν 40 χρόνια. Σε περίπτωση που θα ραγίσει, έστω και ελαφρά, πολλοί φυσικοί θα βρουν την ευκαιρία να επανασχεδιάσουν το κάστρο του Gormenghast.
Μέσα στο Καθιερωμένο Μοντέλο

Ας κάνουμε μια περιήγηση στο κάστρο του Gormenghast δηλαδή στο κανονικό μοντέλο. Η πρώτη σουίτα του κάστρου αποτελείται από ηλεκτρόνια που δεν έχουν δομή και είναι τα ελαφρύτερα υλικά (γι αυτό λέγονται λεπτόνια). Τα πιο βαριά υλικά είναι τα κουάρκ πάνω και κάτω από τα οποία φτιάχνονται τα πρωτόνια και τα νετρόνια.

Αυτή η σουίτα σχηματίζει το μεγαλύτερο μέρος της ύλης του σύμπαντος, αλλά οι μελέτες των συγκρούσεων στα σωματίδια των επιταχυντών και τις κοσμικές ακτίνες μας έχουν αποκάλυψε τέσσερα ακόμα βαριά κουάρκ και δύο βαρύτερα λεπτόνια, το μιόνιο και το ταυ. Έτσι, φτιάχτηκαν δύο νέες σουίτες μέσα στο κάστρο του μοντέλου. Τέλος, προσθέστε τρία νετρίνα, ένα για κάθε λεπτόνιο. Οι τρεις σουίτες με τα σωματίδια τους είναι όλη η γνωστή ύλη, αλλά που καταλαμβάνει μόνο το μισό κάστρο. Το άλλο μισό είναι η κατοπτρική εικόνα του, που αποτελείται από την αντιύλη του κάθε σωματιδίου του.

Επίσης, στο κάστρο υπάρχουν και τα σωματίδια φορείς των δυνάμεων που είναι τα εξής: τα φωτόνια που κοινοποιούν τις ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις. Τα γκλουόνια ενσαρκώνουν την ισχυρή πυρηνική δύναμη, η οποία συνδέει μαζί τα κουάρκ στα πρωτόνια και νετρόνια. Ενώ η ασθενής δύναμη, η οποία αναγκάζει κάποια βαριά σωματίδια να διασπώνται σε ελαφρύτερα από αυτά σωματίδια, διαμεσολαβείται από τα μποζόνια W και Ζ.

Το βαρυτόνιο εικάζεται ότι μεταφέρει τη βαρύτητα, και το μποζόνιο Χιγκς (το σωματίδιο του Θεού) δίνει την μάζα σε κάθε σωματίδιο, αλλά αυτές οι διαδικασίες είναι απλά σχεδιαγράμματα έως αυτή τη στιγμή. Κανείς δεν είναι σίγουρος από τι αποτελείται η σκοτεινή ύλη.

Μια ιδιότητα των πολλών νέων θεωριών, που ονομάζονται υπερσυμμετρία, θα διπλασιάσει το μέγεθος των γνωστών σωματιδίων προσθέτοντας ένα νέο υπερεταίρο σε κάθε γνωστό σωματίδιο. Θα ήταν μια επαχθής κατασκευή, αλλά η συμμετρία που θα προκύψει θα είναι αισθητικά ευχάριστη, και ένα τέτοιο σχέδιο προτείνει πιθανά υποψήφια σωματίδια για τη σκοτεινή ύλη.

Πηγή: New Scientist
Επικολλήθηκε από: http://www.physics4u.gr/blog/?p=2236