Νέο σωματίδιο συνδέει σκοτεινή ύλη με την χαμένη αντιύλη

Φυσικοί στις ΗΠΑ και τον Καναδά έχουν προτείνει ένα νέο σωματίδιο που θα μπορούσε να λύσει δύο σημαντικά μυστήρια της σύγχρονης φυσικής: τι είναι η σκοτεινή ύλη και γιατί υπάρχει πολύ περισσότερη ύλη από αντιύλη στο σύμπαν.

Ένα σωματίδιο που ακόμα να ανακαλυφθεί, το “Χ”, αναμένεται να διασπάται ως επί το πλείστον σε κανονική ύλη, ενώ το αντισωματίδιό του αναμένεται να διασπάται ως επί το πλείστον στην “κρυμμένη” αντιύλη. Η ομάδα ισχυρίζεται ότι η ύπαρξή του Χ στο πρώιμο σύμπαν θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί υπάρχει περισσότερη ύλη από αντιύλη στο σύμπαν – και ότι η σκοτεινή ύλη είναι στην πραγματικότητα η κρυμμένη αντιύλη.

Η σκοτεινή ύλη είναι μια μυστηριώδης ουσία που φαίνεται ότι αποτελεί, περίπου, το 80% της ύλης του σύμπαντος. Παρόλο που η ύπαρξή του μπορεί να συναχθεί από την βαρυτική έλξη του πάνω
στην κανονική ύλη, οι φυσικοί ακόμη δεν την έχουν ανιχνεύσει άμεσα και, συνεπώς, δεν γνωρίζουν από τι φτιάχνεται. Η αντιύλη, από την άλλη πλευρά, είναι εύκολο να δημιουργηθεί και να μελετηθεί στο εργαστήριο. Ωστόσο, το Καθιερωμένο Μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής δεν μπορεί να εξηγήσει γιατί η αντιύλη είναι τόσο σπάνιο σε ένα σύμπαν που κυριαρχείται από την ύλη – ένα μυστήριο που ονομάζεται ασυμμετρία βαρυονίου

Υποθετική και κρυμμένη

Τώρα, ο Hooman Davoudiasl του Εργαστηρίου Brookhaven και οι συνεργάτες του στο TRIUMF και το Πανεπιστήμιο της Βρετανικής Κολομβίας έχουν προτείνει ένα νέο σωματίδιο που το ονόμασαν Χ, και το οποίο θα μπορούσε να λύσει και τα δύο από αυτά τα μυστήρια. Το σωματίδιο X υποθέτουν ότι έχει μάζα περίπου 1000 GeV – καθιστώντας το περίπου χίλιες φορές βαρύτερο από ένα πρωτόνιο. Αυτό το σωματίδιο μπορεί να διασπαστεί σε ένα νετρόνιο ή δύο υποθετικά και κρυφά σωματίδια που ονομάζονται Υ και Φ. Και τα δύο κρυμμένα σωματίδια θα έχουν μάζες περίπου των 2-3 GeV. Το δε αντισωματίδιο του, το αντι-Χ, διασπάται σε αντινετρόνιο ή σε ένα ζεύγος αντι-Υ και αντι-Φ.

Οι φυσικοί έχουν προσπαθήσει να δοκιμάσουν να εξηγήσουν την ασυμμετρία των βαρυονίων με την βοήθεια της παραβίασης συμμετρίας φορτίου-ομοτιμίας (CP) – το αποτέλεσμα της οποίας είναι ότι κάποια σωματίδια που διασπώνται είναι πιο πιθανόν να δημιουργήσουν ύλη από την αντιύλη. Η παραβίαση CP έχει παρατηρηθεί σε εργαστήρια, αλλά η προτίμηση για την ύλη είναι πάρα πολύ μικρή για να αντιπροσωπεύει την αναλογία της ύλης μέσα στο σύμπαν.

Το σωματίδιο X κάνει, επίσης, την παραβίαση CP κατά τρόπο που το μέλος της ομάδας Kris Sigurdson του Πανεπιστημίου της Βρετανικής Κολομβίας την αποκαλεί “yin yang” μοτίβο αποσύνθεσης. Ενώ το X διασπάται σε νετρόνια πιο συχνά από ό,τι το αντι-X διασπάται σε αντινετρόνια, εξισορροπείται από το αντι-X, το οποίο διασπάται σε αντι-Υ και αντι-Φ πιο συχνά από ό,τι το Υ και το Φ. Όταν σχεδόν όλα τα σωματίδια με ένα διαθέσιμο αντισωματίδιο είχε εξαϋλώσει το ένα το άλλον στο πρώιμο σύμπαν, αυτές οι αποκλίσεις άφησαν ένα τμήμα της ορατής ύλης και ένα βαρύτερο κομμάτι της σκοτεινής αντιύλης για να σχηματίσουν το σύμπαν.

Ψάξτε για διασπάσεις πρωτονίων

Η ομάδα έχει επίσης σκεφτεί για το πώς θα μπορούσαν να ανιχνευθούν τα σωματίδια αντι-Υ και αντι-Φ. Σε αντίθεση με τα Ασθενώς Αλληλεπιδρώντας Σωματίδια με Μάζα (WIMPs) – που κυριαρχούν σε πολλές θεωρίες της σκοτεινής ύλης – τα αντι-Υ και αντι-Φ δεν εξαϋλώνουν το ένα το άλλο. Ωστόσο, τα αντισωματίδια θα ανάγκαζαν τα πρωτόνια να διασπώνται κάτι που σήμερα απαγορεύεται από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Αν ένα σωματίδιο αντι-Υ συγκρουστεί με ένα πρωτόνιο, για παράδειγμα, τότε μια εικονική αλληλεπίδραση με το σωματίδιο Χ μπορεί να διασπάσει το πρωτόνιο, μετατρέποντάς το σε ένα θετικά φορτισμένο καόνιο, και μετασχηματίζοντας το σωματίδιο αντι-Y σε σωματίδιο Φ.

Ένας λοιπόν ανιχνευτής που ψάχνει για διασπάσεις πρωτονίων, όπως ο Super Kamiokande σε ένα ορυχείο της Ιαπωνίας, θα μπορούσε να πιάσει το καόνιο. Το κάονιο που θα παράγεται με αυτό τον τρόπο θα είχε πολύ μεγαλύτερη ενέργεια από αυτή που δημιουργείται από διασπάσεις πρωτονίων, που επιτρέπονται από άλλες θεωρίες πέρα από το Καθιερωμένο Μοντέλο. Παρόλο που τα πρωτόνια αναμένεται να είναι αρκετά ανθεκτικά σε αυτή τη διαδικασία διάσπασης, λέει ο Sigurdson, “Το σενάριο αυτό θα μπορούσε να είναι στο όριο της ανίχνευσης.”

“Μοιάζει με ένα πολύ ενδιαφέρον μοντέλο”, λέει ο Dan Hooper του Fermilab. Παρά το γεγονός ότι τουλάχιστον τρία άλλα μοντέλα, που συνδέουν την παραγωγή της σκοτεινής ύλης με την ασυμμετρία των βαρυονίων, βρίσκονται ήδη σε εξέλιξη, λέει ότι η υπογραφή της διάσπασης του πρωτονίου κάνει αυτό το σενάριο ξεχωριστό.

Ο Matthew Buckley του Fermilab βλέπει να υπάρχει ένα ξαφνικό ενδιαφέρον για τη σύνδεση της σκοτεινής ύλης με την ασυμμετρία των βαρυονίων, εξαιτίας των πρόσφατων πειραμάτων που έχουν δοκιμάσει (ανεπιτυχώς) την ανίχνευση της σκοτεινής ύλης. Παρά το γεγονός ότι τα WIMP μοντέλα προτιμούν σωματίδια σκοτεινής ύλης με μάζα περίπου 100 GeV, τα πειράματα δείχνουν ότι τα σωματίδια της σκοτεινής ύλης έχουν μάζες πλησιέστερα στα 7 ή 8 GeV.

Έχοντας μια τόσο μεγάλη μάζα “σίγουρα δεν θα μοιάζει με ένα WIMP”, λέει ο Buckley. Ωστόσο, η σκοτεινή ύλη που εξηγεί, επίσης, την ασυμμετρία των βαρυονίων φαίνεται να συμφωνεί περισσότερο με τα πρόσφατα πειραματικά αποτελέσματα – αυτός είναι και ο λόγος που Buckley κρίνει ότι η θεωρία τους χρήζει περαιτέρω διερεύνησης.


topeiraxtiri.blogspot.com