Ερευνητές του CERN κατάφεραν να «παγώσουν» την αντιύλη

 

Ο όρος αντιύλη χρησιμοποιείται από τους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες σε διάφορες θεωρίες και μοντέλα για να κατανοήσουν τον κόσμο μας, αλλά στην πραγματικότητα γνωρίζουμε ελάχιστα για τη μορφή της. Θεωρητικά πρόκειται για τη μορφή της ύλης που αποτελείται από τα αντισωματίδια των σωματιδίων που συγκροτούν την…κανονική ύλη. Για παράδειγμα, ένα άτομο αντί-υδρογόνου αποτελείται από ένα αντιπρωτόνιο (αρνητικό φορτίο) που γύρω του περιστρέφεται ένα ποζιτρόνιο (θετικό φορτίο), ενώ ένα άτομο υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο (θετικό φορτίο) και γύρω του περιστρέφεται ένα ηλεκτρόνιο (αρνητικό φορτίο).

Από τα τέλη του περασμένου αιώνα, οι ερευνητές έχουν καταφέρει να δημιουργήσουν έναν πολύ περιορισμένο αριθμό ατόμων αντιυδρογόνου στο εργαστήριο, τα οποία έχουν πολύ σύντομη διάρκεια ζωής και δεν μπορούν να διατηρηθούν. Ερευνητές του CERN, ωστόσο, δημοσίευσαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Nature τα αποτελέσματα μιας τεχνικής για το “πάγωμα” αυτών των αντισωματιδίων σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες Kelvin, κάτι που θα τους βοηθήσει να τα μελετήσουν με πολύ μεγαλύτερη ευκολία.

Οι ερευνητές κατάφεραν να “παγώσουν” τα αντισωματίδια επιβραδύνοντας τα με τη βοήθεια laser. Μια δέσμη laser αποτελείται από υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται φωτόνια και είναι μικρά πακέτα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας χωρίς μάζα. Επομένως, όταν πέφτουν επάνω σε ένα άτομο, το τελευταίο τα απορροφά, κερδίζει ένα μέρος της ενέργειας τους και τα επανεκπέμπει, αλλά σε αυτήν την διαδικασία πρόσκρουσης του φωτονίου το άτομο “φρενάρει” κατά ένα πολύ μικρό ποσοστό. Για να έχει πραγματικό νόημα ο “βομβαρδισμός” με φωτόνια, θα πρέπει τα τελευταία να βρίσκονται στο σωστό μήκος κύματος που θα επιτρέψει την αλληλεπίδραση τους με τα αντισωματίδια του ατόμου.

Στην περίπτωση των ατόμων αντί-υδρογόνου ισχύει ότι κινούνται στον χώρο άτακτα σαν ένα νέφος αερίου. Αυτό σημαίνει ότι δεν υπάρχει ένα μόνο σωστό μήκος κύματος που θα καταφέρει να τα επιβραδύνει, διότι κάποια από αυτά κινούνται προς τη δέσμη του laser και κάποια απομακρύνονται. Παρόλα αυτά, είναι εφικτό να επιβραδυνθούν όλα με συνεχόμενους βομβαρδισμούς από το laser και τη βοήθεια του φαινομένου Doppler.

Το πρόβλημα για τους ερευνητές του CERN είναι ότι το υδρογόνο είναι ένα πολύ ελαφρύ στοιχείο και τα φωτόνια που χρειάζονται για να συμβεί η επιβράδυνση με το laser θα πρέπει να βρίσκονται στο φάσμα του υπεριώδους (πολύ μικρό μήκος κύματος, υψηλή ενέργεια, αόρατη στο μάτι). Τέτοιου είδους lasers δεν είναι καθόλου εύκολο να κατασκευαστούν, διότι απαιτείται εξαιρετικά υψηλή ακρίβεια στον έλεγχο της συχνότητας για να πετύχουν το φαινόμενο Doppler που θα επιβραδύνει όλα τα αντισωματίδια, αλλά και να στέλνει πακέτα φωτονίων αρκετής ενέργειας για να επιτυγχάνεται η ψύξη των ατόμων αντί-υδρογόνου σε ένα εύλογο χρονικό διάστημα.

Φαινόταν απίθανο, αλλά η ομάδα των ερευνητών κατάφερε να κατασκευάσει μια τέτοια διάταξη και επίσης κατάφερε να ψύξει τα άτομα αντί-υδρογόνου έτσι ώστε να κινούνται με ταχύτητα “μόλις” 10 μέτρα το δευτερόλεπτο (10ms) ενώ φυσιολογικά κινούνται με 100 m/sec. Αν αναρωτιέστε γιατί όλος αυτός ο κόπος, οι ερευνητές θεωρούν πως η τεχνική αυτή θα ανοίξει νέους ορίζοντες για τη μελέτη της αντιύλης και ειδικότερα για να αποδείξουν (ή όχι) αν αποτελεί “καθρέπτη” για τη συμβατική ύλη του κόσμου μας.

Πρώτος στόχος θα είναι η μελέτη της βαρύτητας, αν δηλαδή ένα άτομο αντιύλης συμπεριφέρεται αντίστοιχα με ένα άτομο ύλης όταν το “αφήσεις να πέσει κάτω”. Η γενική θεωρία της Σχετικότητας λέει ότι η βαρυτική αλληλεπίδραση θα πρέπει να είναι η ίδια, ανεξάρτητα αν πρόκειται για ύλη ή αντιύλη. Αλλά μέχρι σήμερα κανείς δεν μπορεί να είναι σίγουρος ότι ισχύει κάτι τέτοιο. Ένα τέτοιο πείραμα είναι εξαιρετικά δύσκολο να πραγματοποιηθεί, διότι η ύλη σε θερμή και αέρια κατάσταση δεν πέφτει ακριβώς προς τα κάτω, αλλά κυρίως “χοροπηδά” στα τοιχώματα του θαλάμου. Ψύχοντας τα άτομα αντιύλης θα αρχίσουν να συμπεριφέρονται σαν ρευστά, επομένως, θα είναι πιο εύκολο να παρατηρήσουν την επίδραση της βαρύτητας επάνω τους.

Επιπλέον, με την ψύξη θα μπορέσουν να μελετήσουν το φάσμα των ατόμων αντι-υδρογόνου και να το συγκρίνουν με αυτό των ατόμων υδρογόνου. Θεωρητικά θα πρέπει να είναι ακριβώς το ίδιο, διαφορετικά θα παραβιάζεται το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model). Όπως και να ΄χει, η τεχνική ψύξης της αντιύλης ανοίγει για πρώτη φορά νέους δρόμους για την πειραματική μελέτη κλασικών θεωριών που κυκλοφορούν εδώ και πολλές δεκαετίες. Τα πρώτα πειράματα βαρύτητας για την αντιύλη αναμένεται ότι θα ξεκινήσουν τον Αύγουστο.