Καόνια: Ένα «εύρηκα» που κρατάει 60 χρόνια

Τετάρτη, 06 Νοεμβρίου 2013 21:46
KOTO Collaboration

Ο ανιχνευτής του πειράματος ΚΟΤΟ, ο οποίος είναι περίπου 7 μέτρα. Το πείραμα ΚΟΤΟ θα δοκιμάσει να μετρήσει για πρώτη φορά αυτή τη διάσπαση καονίων που προβλέπεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο.

Τρεις γενιές φυσικών στο πανεπιστήμιο του Σικάγο χρειάστηκαν για τη μελέτη και κατανόηση ενός εξωτικού είδους σωματιδίων που ονομάζονται καόνια.

Τα καόνια, που ονομάζονται και Κ μεσόνια, είναι σύνθετα σωματίδια που αποτελούνται από ομάδες τεσσάρων ζευγαριών κουάρκ με αντικουάρκ, δέσμιων μεταξύ τους. Αποτελούν μια πολύ σημαντική πηγή πληροφοριών για τους φυσικούς, ενώ η μελέτη τους βοήθησε ουσιαστικά στη διατύπωση των θεμελιωδών αλληλεπιδράσεων της φύσης.

Το πιο ενδιαφέρον ίσως χαρακτηριστικό τους, είναι πως συμμετέχουν σε μία παραβίαση της συμμετρίας CP (Charge Parity violation).  Κάθε είδους συμμετρία στη φύση προκαλεί και μία αρχή διατήρησης, οπότε οι συμμετρίες (και οι παραβιάσεις τους) είναι πολύ χρήσιμες κατά τη διατύπωση μιας θεωρίας ή την εκτέλεση ενός πειράματος, καθώς γνωρίζουμε ποια μεγέθη παραμένουν αναλλοίωτα.

H συμμετρία CP είναι παρούσα σχεδόν σε όλες τις φυσικές διαδικασίες, και μέχρι τη δεκαετία του ’60 οι φυσικοί πίστευαν πως ήταν θεμελιώδης αρχή της φύσης. Η ανακάλυψη πως τα καόνια την παραβαίνουν έγινε το 1964 και οδήγησε στο Νόμπελ Φυσικής το 1980.

Η παραβίαση CP, όπως αποκαλείται, οδηγεί σε διαφορετική συμπεριφορά τα σωματίδια ύλης και αντιύλης, το οποίο είναι ένα σημείο που ίσως αποδειχτεί κλειδί στην εξήγηση της ασυμμετρίας ύλης και αντιύλης στο Σύμπαν.

Λίγο μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το Σύμπαν αποτελείτο από ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης, και δίχως την παραβίαση CP, οι δύο μορφές ύλης θα είχαν εξαϋλωθεί, δημιουργώντας ένα Σύμπαν γεμάτο μονάχα από ενέργεια.

Έπειτα από έξι δεκαετίες ερευνών στο Σικάγο και τις επιτυχίες της παρατήρησης της έμμεσης και άμεσης παραβίασης CP, ήρθε η ώρα για να περάσει η σκυτάλη στην  Ιαπωνία και το πείραμα ΚΟΤΟ, το οποίο υπόσχεται να εκτελέσει τις ακριβέστερες μετρήσεις μέχρι σήμερα σε μία πολύ σπάνια διάσπαση καονίων που συμβαίνει μία φορά σε κάθε 30 δισεκατομμύρια διασπάσεις καονίων.

Το πείραμα ΚΟΤΟ θα δοκιμάσει να μετρήσει για πρώτη φορά αυτή τη διάσπαση καονίων που προβλέπεται από το Καθιερωμένο Πρότυπο. Οι συγκεκριμένες μετρήσεις αποτελούν άλλο ένα δυνατό τεστ για το Καθιερωμένο Πρότυπο, με τους επιστήμονες να αφήνουν ανοιχτό το ενδεχόμενο για την ανακάλυψη νέου είδους φυσικής, σε περίπτωση που υπάρχει ασυμφωνία έστω και 1% μεταξύ θεωρίας και πειράματος.

Το πείραμα είναι ήδη σε λειτουργία, και εάν δεν ανακαλυφθεί κάτι απρόσμενο, ίσως σηματοδοτηθεί το τέλος αυτής της μακροχρόνιας μελέτης καθώς θα έχει ολοκληρωθεί η περιγραφή της συμπεριφοράς αυτών των «ιδιότροπων» σωματιδίων.