Πείραμα “g-2”: Επιστήμονες πιστεύουν πως είναι κοντά στην ανακάλυψη της Πέμπτης Δύναμης της φύσης

Επιστήμονες στο Σικάγο υποστηρίζουν πως ίσως είναι πολύ κοντά στην ανακάλυψη της ύπαρξης μιας άγνωστης μέχρι σήμερα σε εμάς, δύναμη της φύσης.

Όπως λένε, έχουν συγκεντρώσει αρκετές ευρήματα που δείχνουν ότι τα υποατομικά σωματίδια, που ονομάζονται μιόνια, δεν με δρουν με τον αναμενόμενο τρόπο βάσει της ισχύουσας θεωρίας (Καθιερωμένο Μοντέλο ή Καθιερωμένο Πρότυπο) της υποατομικής φυσικής. Πιστεύουν λοιπόν ότι μια άγνωστη δύναμη θα μπορούσε να δρα στα μιόνια.

Θα χρειαστούν περισσότερα δεδομένα για να επιβεβαιωθούν αυτά τα αποτελέσματα, αλλά εάν επαληθευτούν, θα σηματοδοτήσουν την αρχή μιας επανάστασης στη φυσική.

Όλες οι δυνάμεις που βιώνουμε καθημερινά μπορούν να περιοριστούν σε τέσσερις μόνο κατηγορίες: βαρύτητα, ηλεκτρομαγνητισμός, ισχυρή δύναμη και ασθενής δύναμη. Αυτές οι τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις διέπουν τον τρόπο με τον οποίο όλα τα αντικείμενα και τα σωματίδια στο σύμπαν αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.

Το πείραμα “g-2” και η ανωμαλία στην συμπεριφορά των μιονίων

Τα ευρήματα των επιστημόνων, όπως αναφέρει τo ΒΒC συλλέχθηκαν σε μια εγκατάσταση επιταχυντή σωματιδίων των ΗΠΑ που ονομάζεται Fermilab και βασίζονται σε αποτελέσματα που ανακοινώθηκαν το 2021 στα οποία η ομάδα Fermilab πρότεινε για πρώτη φορά την περίπτωση να υπάρχει μια πέμπτη δύναμη της φύσης.

Από τότε, η ερευνητική ομάδα έχει συγκεντρώσει περισσότερα δεδομένα και περιόρισε την αβεβαιότητα των μετρήσεών της κατά δύο φορές, σύμφωνα με τον Δρ, Μπρένταν Κάσεϊ, ανώτερο επιστήμονα στο Fermilab. ″Κινούμαστε σε μια νέα περιοχή. Καθορίζουμε τις (μετρήσεις) με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό,τι πριν”.

Σε ένα πείραμα με την ονομασία “g-2”, οι ερευνητές επιταχύνουν τα υποατομικά σωματίδια που ονομάζονται μιόνια γύρω από έναν δακτύλιο διαμέτρου 15 μέτρων, όπου κινούνται περίπου 1.000 φορές με σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα μιόνια μπορεί να συμπεριφέρονται με τρόπο που δεν μπορεί να εξηγηθεί από την τρέχουσα ισχύουσα Καθιερωμένη Θεωρία, λόγω της επίδρασης μιας νέας δύναμης της φύσης.

Πιο απλά, καθώς η μαγνητική ροπή πχ του ηλεκτρονίου συμπίπτει με την θεωρητική, αυτό δεν συμβαίνει με το μιόνιο, όπως εξηγούσε το 2021 σε δημοσίευμα της η ιστοσελίδα της Ένωση Ελλήνων Φυσικών σχετικά με την δημοσίευση της ομάδας Fermilab (και με προγενέστερα ευρήματα του εργαστηρίου Brookhaven). ”Οι φυσικοί θεωρούν ότι η διαφορά στην ανώμαλη μαγνητική ροπή των μιονίων αναδεικνύει τις ρωγμές του Καθιερωμένου Προτύπου των στοιχειωδών σωματιδίων”, ανέφερε συνοψίζοντας τις υποθέσεις της επιστημονικής ομάδας.

Ιερό δισκοπότηρο για τη σωματιδιακή φυσική

Αν και τα στοιχεία που έχει συγκεντρώσει η ερευνητική ομάδα Fermilab, χαρακτηρίζονται από πολλούς ως αρκετά ισχυρά, δεν έχει ακόμη αποδείξεις.

Τα μέλη της ήλπιζαν να τα έχουν καταφέρει μέχρι τώρα αλλά οι αβεβαιότητες για το ποιο πρέπει να είναι το επίπεδο ταλάντωσης στα μιόνια βάσει της ισχύουσας θεωρίας, έχει αυξηθεί, λόγω των εξελίξεων στη θεωρητική φυσική.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι θα έχουν τα δεδομένα που χρειάζονται και ότι η θεωρητική αβεβαιότητα θα έχει περιοριστεί σε περίπου δύο χρόνια, διάστημα που εκτιμούν πως είναι αρκετό για πετύχουν τον στόχο τους.

Στο μεταξύ μια άλλη επιστημονική ομάδα του Ευρωπαϊκού Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) ελπίζει να φτάσει πρώτη στον στόχο.

Ο δρ. Μιτές Πατέλ, από το Imperial College του Λονδίνου είναι μεταξύ των χιλιάδων φυσικών του LHC που προσπαθούν να βρουν ”ελαττώματα” στο Καθιερωμένο Πρότυπο.

Όπως είπε στο BBC News οι πρώτοι που θα βρουν πειραματικά αποτελέσματα που έρχονται σε αντίθεση με το τυπικό μοντέλο θα είχαν κάνει μια από τις μεγαλύτερες ανακαλύψεις όλων των εποχών στη φυσική.

″Η μέτρηση της συμπεριφοράς που δεν συμφωνεί με τις προβλέψεις της Καθιερωμένης Θεωρίς είναι το ιερό δισκοπότηρο για τη σωματιδιακή φυσική. Θα αποτελούσε το όπλο για μια επανάσταση επειδή η Θεωρία έχει αντέξει σε όλες τις πειραματικές δοκιμές για περισσότερα από 50 χρόνια”.

Η Fermilab λέει ότι το επόμενο σύνολο αποτελεσμάτων της θα είναι ″η απόλυτη αναμέτρηση” μεταξύ θεωρίας και πειράματος που μπορεί να αποκαλύψει νέα σωματίδια ή δυνάμεις.

Τι είναι το Καθιερωμένο Πρότυπο, τι θα σήμαινε μια ”ρωγμή” στην θεωρία και η Πέμπτη Δύναμη

Τι είναι λοιπόν το Καθιερωμένο Πρόυπο και γιατί είναι τόσο σημαντικό ένα πειραματικό αποτέλεσμα που δεν θα συμφωνεί απόλυτα με τις προβλέψεις του;

Είναι η φυσική θεωρία που περιγράφει τα δομικά συστατικά της ύλης και τις μεταξύ τους ισχυρές, ασθενείς και ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις.

Δηλαδή: Τα πάντα στον κόσμο γύρω μας είναι φτιαγμένα από άτομα – τα οποία με τη σειρά τους είναι φτιαγμένα από ακόμη μικρότερα σωματίδια. Αυτά αλληλεπιδρούν για να δημιουργήσουν τις τέσσερις δυνάμεις της φύσης: ηλεκτρισμό και μαγνητισμό (ηλεκτρομαγνητισμός), δύο πυρηνικές δυνάμεις και βαρύτητα.

Η συμπεριφορά τους προβλέπεται από την συγκεκριμένη θεωρία και για περίπου μισό αιώνα έχει προβλέψει τέλεια τη συμπεριφορά τους, χωρίς κανένα απολύτως σφάλμα.

Τα μιόνια είναι παρόμοια με τα ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από τα άτομα και είναι υπεύθυνα για τα ηλεκτρικά ρεύματα, αλλά έχουν περίπου 200 φορές μεγαλύτερη μάζα. Στο πείραμα αναγκάστηκαν να ταλαντεύονται, χρησιμοποιώντας ισχυρούς, υπεραγώγιμους μαγνήτες.

Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα μιόνια ταλαντεύονταν πιο γρήγορα από ό,τι το τυπικό μοντέλο έλεγε ότι θα έπρεπε.

Ο καθηγητής Γκρατζιάνο Βανανζόνι, του Πανεπιστημίου του Λίβερπουλ, ο οποίος είναι ένας από τους κορυφαίους ερευνητές στο συγκεκριμένο πεδίο, είπε στο BBC News ότι αυτό μπορεί να προκληθεί από μια άγνωστη νέα δύναμη.

″Πιστεύουμε ότι θα μπορούσε να υπάρχει μια άλλη δύναμη, κάτι που δεν γνωρίζουμε μέχρι τώρα. Είναι κάτι διαφορετικό, που ονομάζουμε «πέμπτη δύναμη…κάτι που δεν γνωρίζουμε ακόμα, αλλά θα πρέπει να είναι σημαντικό, γιατί λέει κάτι νέο για το Σύμπαν”.

Θα έχουμε την μεγαλύτερη ανακάλυψη στην φυσικά εδώ και 100 χρόνια;

Εάν επιβεβαιωθεί, θα πρόκειται αναμφισβήτητα για μια από τις μεγαλύτερες επιστημονικές ανακαλύψεις εδώ και εκατό χρόνια, δηλαδή από τις θεωρίες της σχετικότητας του Αϊνστάιν.

Αυτό συμβαίνει επειδή μια πέμπτη δύναμη και τυχόν σωματίδια που σχετίζονται με αυτήν δεν αποτελούν μέρος του Καθιερωμένου Προτύπου της σωματιδιακής φυσικής.

Οι ερευνητές γνωρίζουν ότι υπάρχει αυτό που περιγράφουν ως ”φυσική πέρα από το Καθιερωμένο Πρότυπο” εκεί έξω, επειδή η τρέχουσα θεωρία δεν μπορεί να εξηγήσει πολλά πράγματα που παρατηρούν οι αστρονόμοι στο διάστημα.

Αυτά περιλαμβάνουν το γεγονός ότι οι γαλαξίες συνεχίζουν να επιταχύνονται μετά τη Μεγάλη Έκρηξη που δημιούργησε το Σύμπαν, αντί να επιβραδύνεται η διαστολή.

Οι επιστήμονες λένε ότι η επιτάχυνση προκύπτει από μια άγνωστη δύναμη, που ονομάζεται σκοτεινή ενέργεια.

Οι γαλαξίες περιστρέφονται επίσης πιο γρήγορα από ό,τι θα έπρεπε, σύμφωνα με την κατανόησή μας και οι ερευνητές πιστεύουν ότι οφείλεται σε αόρατα σωματίδια που ονομάζονται σκοτεινή ύλη, τα οποία και πάλι δεν αποτελούν μέρος του Καθιερωμένου Προτύπου.

Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Journal of Physical Review Letters.

Πηγή: ΒBC, Ένωση Ελλήνων Φυσικών