Παράξενο ‘μη-σωματίδιο’ (unparticle) εξηγεί ένα σήμα στον επιταχυντή Tevatron

Τα παράξενα ελαστικά ‘μη-σωματίδια’ θα μπορούσαν να εξηγήσουν ένα μυστηριώδες σήμα που είδαν οι φυσικοί στον επιταχυντή σωματιδίων Tevatron πριν από ένα χρόνο. Αυτή η εξήγηση θα μπορούσε να συνδέσει μια αδύναμη, αλλά πολύ ενδιαφέρουσα ιδέα για ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια στη φυσική: γιατί η ύλη υπερισχύει της αντιύλης στο σύμπαν.

"Νομίζω ότι αυτό θα ανεβάσει την αξιοπιστία της θεωρίας των μη σωματιδίων (unparticles)”, λέει ο Run-Hui Li του Πανεπιστημίου Yonsei στη Σεούλ, ο επικεφαλής της μιας εκ των δύο ομάδων που προτείνει τη σύνδεση.

Ύλη και αντιύλη θεωρούνται ότι έχουν δημιουργηθεί σε ίσες ποσότητες μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, όμως κάτι έχει αναγκάσει την ύλη να κυριαρχήσει πάνω στην αντιύλη, τουλάχιστον στο δικό μας ‘κομμάτι’ του σύμπαντος.

Μια πιθανή εξήγηση γι αυτή την κυριαρχία είναι ότι γίνονται κάποιες φυσικές διεργασίες υπέρ της ύλης. Για παράδειγμα, σύμφωνα με το καθιερωμένο μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής, σωματίδια γνωστά ως Β μεσόνια συνεχώς αλλάζουν, ή αναμιγνύονται, ανάμεσα σε μορφές ύλης και αντιύλης. Επειδή είναι λίγο πιο εύκολο για ένα αντι-B μεσόνιο να γίνει ένα κανονικό Β μεσόνιο, παρά το αντίθετο, γι αυτό προκύπτει αυτή η ανισορροπία . Αυτή η “άνιση ανάμειξη" μεταφέρεται στα σωματίδια που παράγονται κατά την διάσπαση των Β μεσονίων, αλλά από μόνη της δεν είναι αρκετά μεγάλη για να εξηγήσει την παρατηρούμενη ασυμμετρία ύλης-αντιύλης στο σύμπαν.

Μέχρι τώρα, αρκετές ομάδες είχαν δώσει παραδείγματα ασυμμετρίας ακόμα μεγαλύτερη από ότι προβλέπει το κανονικό μοντέλο. Τον Μάιο του 2010, ερευνητές στον Επιταχυντή Fermi στην Batavia, ανέφεραν 1% προτίμηση για τα B μεσόνια, που παράγονται σε ένα επιταχυντή συγκρουόμενων δεσμών τους, στο Tevatron. Αυτός ο αριθμός είναι 40 φορές μεγαλύτερος από την ανισορροπία που προβλέπεται από το καθιερωμένο μοντέλο.

Δύο ξεχωριστές ομάδες προτείνουν τώρα μια εξήγηση γι ‘αυτή την μεγαλύτερη ασυμμετρία που κρύβεται στο unparticle, μια υποθετική οντότητα που την έφερε στο προσκήνιο το 2007 ο θεωρητικός του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ Howard Georgi.

Ο Howard Georgi πρότεινε ότι μια ιδιότητα, γνωστή ως αναλλοίωτη κλίμακα – εμφανίζονται σε μοτίβα, σαν φράκταλ, που παραμένουν αμετάβλητα (αναλλοίωτα) ακόμη και όταν κάνετε zoom in και out σε διαφορετικές κλίμακες, σαν τις οδοντωτές άκρες των ακτών – θα μπορούσε να εφαρμοστεί επίσης και σε μεμονωμένα σωματίδια. Το φορτίο και το σπιν των περίεργων αυτών μη σωματιδίων θα είναι σταθερά, αλλά, χωρίς να μπορούμε να το καταλαβαίνουμε, η μάζα τους με κάποιο τρόπο θα μεταβάλλεται ανάλογα με την κλίμακα στην οποία είδε το σωματίδιο ένας παρατηρητής.

Δηλαδή, ενώ τα κανονικά σωματίδια του Καθιερωμένου Μοντέλου έχουν ορισμένη μάζα, ενέργεια ορμή, χωρίς να μεταβάλλονται ανάλογα με την κλίμακα που παρατηρούνται, οι ιδιότητες αυτές των μη σωματιδίων εξαρτώνται από την κλίμακα.  Όπως επίσης ενώ όλα τα κανονικά σωματίδια έχουν πάντα την ίδια μάζα ανεξάρτητα της ορμής τους, αυτό δεν συμβαίνει στα unparticles.

Τούτα τα περίεργα μη σωματίδια θα μπορούσαν λένε οι φυσικοί να διαδραματίσουν ένα ρόλο ακόμα και στην υπερσυμμετρία, μια δημοφιλής επέκταση του Καθιερωμένου Μοντέλου.

Ο ίδιος Xiao-Gang και οι συνάδελφοί του στο Πανεπιστήμιο της Σαγκάης υπολογίζουν ότι τα μη σωματίδια δύνανται επίσης να επηρεάσουν τη διάρκεια ζωής του Β μεσονίου. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η κβαντομηχανική υπαγορεύει ότι, όταν αυτά υπάρχουν, πρέπει να υπάρχει επίσης και οι «εικονικές» τους εκδόσεις. Τα εν λόγω μεταβατικά (virtual) μη σωματίδια θα εμφανιστούν και αμέσως θα εξαφανιστούν, οπότε θα μπορούσαν να επηρεάσουν μερικές φορές τη διάρκεια ζωής των πραγματικών Β μεσονίων. Και αν η επίδραση αυτή διαφέρει μεταξύ των Β μεσονίων και της αντιύλης τους, τότε θα μπορούσε να ενισχύσει την ήδη άνιση ανάμειξη που προβλέπεται από το κανονικό μοντέλο, οπότε αυτό αρκεί για να εξηγήσει το μυστηριώδες σήμα του Tevatron.

Η ελαστική μάζα του μη-σωματιδίου σημαίνει ότι αυτό μπορούσε ενδεχομένως να είχε αποφύγει την ανίχνευση στο Tevatron μέχρι τώρα. Μάλιστα μια ξεχωριστή ομάδα με επικεφαλής τον Li έχει φτάσει σε παρόμοιο συμπέρασμα.

Ο Bruce Hoeneisen, ένα μέλος της ομάδας του Fermilab που είδε την ανισορροπία των  μεσονίων, το 2010, λέει πως άλλες επιλογές, συμπεριλαμβανομένων και νέων τύπων των κουάρκ που επί του παρόντος δεν περιλαμβάνονται στο πρότυπο μοντέλο, θα μπορούσαν να εξηγήσουν το σήμα στο Tevatron. Προειδοποιεί, επίσης, ότι η διαπίστωση στο Tevatron απαιτεί μια πρόσθετη επιβεβαίωση.

Πηγή: New Scientist

http://www.physics4u.gr