Μια διεθνής ομάδα φυσικών από το CERN ανακάλυψε την πρώτη απόδειξη ύπαρξης εξωτικών ατόμων με πυρήνα σε σχήμα αχλαδιού. Τα ευρήματα αναμένεται να προωθήσουν την αναζήτηση για μια νέα θεμελιώδη δύναμη στη φύση που θα μπορεί να εξηγήσει γιατί η Μεγάλη Έκρηξη δημιούργησε περισσότερη ύλη από ότι αντιύλη, μία καίρια ανισορροπία που οδήγησε στη δημιουργία των πάντων γύρω μας.
Η ασυμμετρία μετά τη Μεγάλη Έκρηξη
«Εάν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη δημιουργούνταν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, τα πάντα θα είχαν εκμηδενιστεί, δε θα υπήρχαν γαλαξίες, άστρα, πλανήτες ή άνθρωποι», δήλωσε ο Τιμ Τσαπ, καθηγητής φυσικής και βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και συγγραφέας της νέας έρευνας που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature.
Τα σωματίδια αντιύλης έχουν την ίδια μάζα αλλά αντίθετο φορτίο από τα υλικά ομόλογά τους. Η αντιύλη είναι σπάνια στο γνωστό σύμπαν, εμφανιζόμενη σποραδικά και παροδικά κοντά σε κοσμικές ακτίνες, ηλιακές εκλάμψεις και επιταχυντές σωματιδίων όπως αυτός του CERN. Όταν συναντιούνται, τα σωματίδια ύλης και αντιύλης αλληλοεξουδετερώνονται.
Η ασυμμετρία ύλης και αντιύλης είναι ένα από τα μεγάλα άλυτα μυστήρια της φυσικής, και δεν προβλέπεται από το Κλασσικό Μοντέλο, την κυρίαρχη θεωρία που περιγράφει τους νόμους της φύσης και τη φύση της ύλης.
Το κενό στο Κλασσικό Μοντέλο
Το Κλασσικό Μοντέλο περιγράφει τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις ή αλληλεπιδράσεις που καθορίζουν πώς η ύλη συμπεριφέρεται, τη βαρύτητα, την ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση και την ισχυρή και ασθενή πυρηνική δύναμη. Οι φυσικοί έχουν ψάξει για σημάδια μιας νέας δύναμης ή αλληλεπίδρασης που θα μπορούσε να εξηγήσει την ασυμμετρία ύλης και αντιύλης. Η ύπαρξή της μπορεί να αποδειχθεί μετρώντας πώς ο άξονας των πυρήνων των ραδιενεργών στοιχείων ραδονίου και ραδίου ευθυγραμμίζεται με την περιστροφή.
Οι ερευνητές επιβεβαίωσαν ότι οι πυρήνες των ατόμων αυτών έχουν σχήμα αχλαδιού, αντί για τα πιο συνηθισμένα σφαιρικά ή ελλειπτικά σχήματα. Το σχήμα αχλαδιού καθιστά της επιδράσεις της νέας αλληλεπίδρασης πολύ ισχυρότερες και πιο εύκολες να ανιχνευθούν.
«Το σχήμα αχλαδιού είναι ιδιαίτερο», δήλωσε ο Τσαπ. «Αυτό σημαίνει ότι τα νετρόνια και τα πρωτόνια, τα οποία συνθέτουν τον πυρήνα, βρίσκονται σε ελαφρώς διαφορετικά σημεία κατά μήκος του εσωτερικού άξονα», πρόσθεσε.
Η νέα αλληλεπίδραση, τις επιπτώσεις των οποίων μελετούν οι επιστήμονες, κάνει δύο πράγματα. Παρήγαγε την ασυμμετρία ύλης-αντιύλης στο πρώιμο σύμπαν και εναρμονίζει την κατεύθυνση της περιστροφής και του άξονα φόρτισης σε αυτούς τους πυρήνες με σχήμα αχλαδιού.
Το πείραμα του CERN
Για να προσδιορίσουν το σχήμα των πυρήνων, οι ερευνητές παρήγαγαν ακτίνες εξωτικών και βραχύβιων ατόμων ραδίου και ραδονίου στις εγκαταστάσεις ISOLDE του CERN. Οι ακτίνες ατόμων επιταχύνθηκαν και συγκρούστηκαν με άτομα νικελίου, καδμίου και κασσιτέρου, αλλά λόγω της απωστικής δύναμης μεταξύ των θετικά φορτισμένων πυρήνων, δεν ήταν δυνατό να δημιουργηθούν πυρηνικές αντιδράσεις. Αντ'αυτού, οι πυρήνες ανέβηκαν σε υψηλότερα επίπεδα ενέργειας, παράγοντας ακτίνες γάμμα που εκπέμπονται σε ένα συγκεκριμένο μοτίβο το οποίο αναδεικνύει το σχήμα αχλαδιού των πυρήνων.
Τα ευρήματα των ερευνητών έρχονται σε αντίθεση με κάποιες πυρηνικές θεωρίες αλλά θα βοηθήσουν να βελτιωθούν άμεσα έρευνες πάνω στα ηλεκτρικά δίπολα που πραγματοποιούνται σήμερα στη Βόρεια Αμερική και την Ευρώπη, όπου νέες τεχνικές αναπτύσσονται για να εκμεταλλευτούν τις ειδικές ιδιότητες των ισοτόπων ραδονίου και ραδίου.
