Παρασκευή, 19 Νοεμβρίου 2010

Φυσικοί στο CERN δημιούργησαν και παγίδευσαν αντιύλη για πρώτη φορά

Οι φυσικοί του CERN κατάφεραν για πρώτη φορά να «παγιδεύσουν» 38 άτομα αντιύλης, συγκεκριμένα αντι-υδρογόνου. Αντι-υδρογόνο είχε παραχθεί ξανά στο παρελθόν, είχε όμως τότε καταστραφεί αμέσως μόλις είχε έρθει σε επαφή με την κανονική ύλη, ενώ αυτή τη φορά κατέστη δυνατό τα άτομα αντιύλης να διατηρηθούν, σε συνθήκες κενού, έστω και για κλάσματα του δευτερολέπτου (συγκεκριμένα για 170 χιλιοστά του δευτερολέπτου).


Οι 40 ερευνητές από επτά χώρες, που απάρτιζαν την ερευνητική ομάδα του πειράματος ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) του CERN, με εκπρόσωπο τον φυσικό Jeff Hangst του πανεπιστημίου Άαρχους της Δανίας, μετά από πέντε χρόνια προσπαθειών, παρουσίασαν το επίτευγμά τους.

«Είμαστε εκστασιασμένοι. Το καταφέραμε έπειτα από πέντε χρόνια σκληρής δουλειάς» δήλωσε ο Jeff Hangst, σχολιάζοντας την εξέλιξη στο περιοδικό Nature όπου δημοσιεύονται τα αποτελέσματα.

Όπως ανέφεραν, η ικανότητα μελέτης τέτοιων ατόμων αντιύλης θα επιτρέψει στο μέλλον την πραγματοποίηση αδύνατων μέχρι σήμερα πειραμάτων πάνω σε θεμελιώδη αξιώματα της φυσικής. Το κυρίαρχο «Καθιερωμένο Μοντέλο» της Φυσικής -με βάση τις θεωρίες του βρετανού φυσικού Πολ Ντιράκ από το 1931- υποστηρίζει ότι κάθε σωματίδιο στη φύση (πρωτόνια, ηλεκτρόνια, νετρόνια και άλλα πιο «εξωτικά») έχει το αντίστοιχο αντι-σωματίδιο. Για παράδειγμα, στο ηλεκτρόνιο αντιστοιχεί το ποζιτρόνιο, το οποίο αξιοποιείται και σε μια ειδική τεχνική τομογραφίας.

Ένα από τα μεγαλύτερα αινίγματα που απασχολεί τους φυσικούς, είναι γιατί ο κόσμος αποτελείται βασικά πια από ύλη παρά από αντιύλη, η οποία είναι σχετικά σπάνια, παρόλο που όμοιες ποσότητες από τις δύο αυτές καταστάσεις της ύλης πιστεύεται ότι δημιουργήθηκαν κατά τη γέννηση του σύμπαντος. Η παραγωγή αντι-σωματιδίων (π.χ. αντι-πρωτονίων) είναι συνηθισμένη στο εργαστήριο, όμως η δημιουργία ολόκληρων ατόμων από αυτά τα αντι-σωματίδια είναι πιο πολύ δύσκολο έργο, που για πρώτη φορά κατέστη εφικτό το 2002 από ερευνητές πάλι του CERN, με επικεφαλής τον καθηγητή Gerald Gabrielse του πανεπιστημίου Χάρβαρντ.

To δύσκολο για τη διεθνή ερευνητική ομάδα του ALPHA δεν ήταν να δημιουργήσει αντιάτομα. Περίπου 50.000 άτομα αντιυδρογόνου είχαν παραχθεί σε προηγούμενη προσπάθεια το 2002. Σε εκείνη την περίπτωση, όμως, η αντιύλη αντέδρασε με τα γειτονικά άτομα ύλης και εξαφανίστηκε ακαριαία.

Η λύση ήταν να δημιουργηθεί ένα δοχείο που κρατά τα αντιάτομα αιωρούμενα εν κενώ, χωρίς να την αφήνει να έρθει σε επαφή με τα τοιχώματα.

Αυτό είναι εύκολο να γίνει με τα επιμέρους συστατικά των αντιατόμων, τα ποζιτρόνια και τα αντιπρωτόνια, επειδή τα σωματίδια αυτά είναι φορτισμένα και μπορούν να διατηρηθούν αιωρούμενα με τη χρήση ηλεκτρικών πεδίων.

Το αντι-υδρογόνο, όμως, είναι ηλεκτρικά ουδέτερο και δεν μπορεί να παγιδευτεί έτσι απλά. Επηρεάζεται όμως από τα μαγνητικά πεδία επειδή τα συστατικά της έχουν μια ιδιότητα που ονομάζεται σπιν. Οι ερευνητές δημιούργησαν έναν οκταπολικό μαγνήτη, του οποίου το πεδίο ήταν ισχυρότερο κοντά στα τοιχώματα της παγίδας και εξασθενεί προς το κέντρο του.

Αυτό ανάγκασε τα άτομα αντι-υδρογόνου να συγκεντρωθούν στο κέντρο της παγίδας, όπου και επέζησαν για 170 millisecond πριν τελικά εξαφανιστούν.

Έπειτα από 335 απόπειρες, οι ερευνητές κατάφεραν να παγιδεύσουν με αυτή τη μέθοδο συνολικά 38 μεμονωμένα άτομα αντιυδρογόνου.

Οι ερευνητές απέδειξαν ότι, ανάμεσα σε συνολικά 10 εκατομμύρια αντι-πρωτόνια και 700 εκατομμύρια ποζιτρόνια, σχηματίστηκαν 38 σταθερά άτομα αντι-υδρογόνου, το καθένα από τα οποία «έζησε» για περίπου δύο δέκατα του δευτερολέπτου.

Το επίτευγμα είναι εντυπωσιακό, ωστόσο η απειροελάχιστη αυτή ποσότητα αντιυδρογόνου δεν επαρκεί για τη μελέτη του -οι ερευνητές εκτιμούν ότι η παγίδα πρέπει να περιέχει γύρω στα 100 αντιάτομα κάθε φορά.

Οι ερευνητές του ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) θα συνεχίσουν τις προσπάθειες, έχουν όμως να αντιμετωπίσουν τον ανταγωνισμό του ATRAP, ενός άλλου πειράματος στο CERN που επιχειρεί να δημιουργήσει άτομα αντιυδρογόνου που κινούνται με χαμηλότερες ταχύτητες και παγιδεύονται έτσι πιο εύκολα.

«Αντί να προσπαθούμε να δείξουμε ότι μπορούμε να κρατάμε περιορισμένα 18 άτομα για ένα κλάσμα του δευτερολέπτου, αναπτύσσουμε μεθόδους ώστε να παράξουμε και να παγιδεύσουμε μεγαλύτερους αριθμούς ψυχρών ατόμων» εξήγησε στο περιοδικό ο Gerald Gabrielse.

«Μένει να δούμε ποια προσέγγιση θα αποφέρει καρπούς» σχολίασε.

Οι φυσικοί έχουν ήδη συγκρίνει υπο-ατομικά σωματίδια (πρωτόνια και αντι-πρωτόνια), αλλά το επόμενο πιο ουσιαστικό βήμα θα είναι η σύγκριση ολόκληρων ατόμων από τις δύο διαφορετικές μορφές ύλης.

Αντιύλη

Η αντιύλη είναι όμοια με την ύλη σε όλα τα χαρακτηριστικά της εκτός από ένα: αποτελείται από σωματίδια με αντίθετα φορτία. Τα πρωτόνια που βρίσκονται στον πυρήνα των κανονικών ατόμων είναι φορτισμένα θετικά, ενώ τα αντιπρωτόνια της αντιύλης αρνητικά. Ομοίως, το αντι-ηλεκτρόνιο της αντιύλης, γνωστό και ως ποζιτρόνιο, έχει θετικό φορτίο και όχι αρνητικό όπως το ηλεκτρόνιο.

Θεωρητικά, ολόκληρα πλανητικά συστήματα και ζωντανά όντα θα μπορούσαν να αποτελούνται από αντιύλη. Όμως το παράξενο αυτό υλικό απουσιάζει από τον κόσμο γύρω μας, αφού, αν ερχόταν σε επαφή με την κανονική ύλη, θα εξαφανιζόταν μαζί της σε μια λάμψη υψηλής ενέργειας.

Η αντιύλη φαίνεται όμως να απουσιάζει όχι μόνο από τη γειτονιά μας αλλά και από ολόκληρο το Σύμπαν. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η γέννηση του Σύμπαντος δημιούργησε περισσότερη ύλη παρά αντιύλη.

Η μελέτη του αντιυδρογόνου αναμένεται να αποκαλύψει στο μέλλον γιατί συνέβη αυτό, ή, όπως το ονομάζουν οι φυσικοί, γιατί υπάρχει αυτή η παρατηρούμενη ασυμμετρία.

Εφόσον καταφέρουν να παγιδεύσουν λίγο περισσότερα άτομα αντιυδρογόνου, οι ερευνητές θα προσπαθήσουν επίσης να εξακριβώσουν αν οι ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις που δρουν στην αντιύλη είναι ίδιες με αυτές που δέχεται η ύλη όπως την ξέρουμε. Αυτό θα επιβεβαίωνε μια πρόβλεψη του λεγόμενου Καθιερωμένου Μοντέλου της σωματιδιακής φυσικής, η οποία, αν και ακούγεται λογική, ουδέποτε έχει επιβεβαιωθεί.

Ένα άλλο σχετικό πείραμα του CERN, με την ονομασία ΑΕgIS, θα εξετάσει αν η ύλη και η αντιύλη αντιδρούν με τον ίδιο τρόπο στη βαρύτητα.



Πηγή:[physics4u.gr]

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου