Νέα αποτελέσματα σχετικά με την αντιύλη, Antimatter results emerge at LHC - but puzzle abides

Συγκρούσεις πρωτονίων παράγουν, για παράδειγμα, μεσόνια Bs , πιόνια και καόνια. Collided protons turn into, for example, Bs mesons, pions and kaons.

Η υπεροχή της ύλης έναντι της αντιύλης στο ορατό σύμπαν αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα άλυτα μυστήρια της φυσικής. Νέα στοιχεία που θα βοήθησουν στην κατανόηση αυτού του μυστηρίου προέκυψαν από πρόσφατα πειράματα του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων του CERN.

Στο πείραμα LHCb, ένα από τα επτά που διεξάγονται στο Μεγάλο Επιταχυντή, παρατηρήθηκε για πρώτη φορά η διάσπαση σωματιδίων, γνωστών ως μεσόνια Bs, να καταλήγει σε σωματίδια ύλης (καόνια) με μεγαλύτερη συχνότητα από ότι στα αντιυλικά «δίδυμά» τους. Ωστόσο η διαφορά δεν είναι τόσο μεγάλη ώστε να εξηγεί τη συντριπτική υπεροχή της ύλης στο σύμπαν.

Κάθε σωματίδιο που γνωρίζουμε έχει ένα αντιυλικό «δίδυμο», πανομοιότυπο από κάθε άποψη εκτός του ότι διαθέτει αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο. Για παράδειγμα τα αντισωμάτια του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου είναι το ποζιτρόνιο και το αντιπρωτόνιο αντίστοιχα.

Σύμφωνα με την ισχύουσα θεωρία, μετά τη Μεγάλη Έκρηξη θα πρέπει να δημιουργήθηκαν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης. Όμως όταν η ύλη (πρωτόνια, ηλεκτρόνια, νετρόνια κ.ο.κ) συναντά την αντιύλη (αντιπρωτόνια, ποζιτρόνια, αντινετρόνια) τότε αλληλοεξουδετερώνονται και το μόνο που απομένει είναι ένα πλήθος φωτονίων. Αυτό σημαίνει ότι κάποιοι φυσικοί νόμοι είχαν διαφορετική επιρροή πάνω στην ύλη από ότι στην αντιύλη, προκειμένου να υπάρξει πλεόνασμα ύλης και να σχηματιστεί το σύμπαν όπως το ξέρουμε.

LHCb, one of six experiments at the LHC, is dedicated to these kinds of studies.

Προηγούμενα πειράματα στο LHCb είχαν υποδείξει υποψίες πλεονασμού ύλης σε συνδυασμούς των θεμελιωδών σωματιδίων κουαρκς. Σε πειράματα άλλων εργαστηρίων είχαν βρεθεί παρόμοια πλεονάσματα σε δύο τύπους μεσονίων χωρίς ηλεκτρικό φορτίο. Το τωρινό πείραμα επικεντρώθηκε στην παρατήρηση των μεσονίων Bs και στο πώς αυτά διασπώνται σε καόνια ή αντικαόνια.

«Αν κάποιο μεσόνιο διασπάται πιο συχνά σε μία από τις δύο τελικές καταστάσεις, τότε αυτό δείχνει μια θεμελιώδη διαφορά μεταξύ ύλης και αντιύλης», δήλωσε ο Κρις Παρκς του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ, εκπρόσωπος του LHCb. «Ακριβώς αυτό έχουμε παρατηρήσει να συμβαίνει σε ποσοστό 25%», πρόσθεσε.

Matter makes up much of our universe but just after the Big Bang, a mysterious counterpart to matter known as antimatter is thought to have also existed in large quantities. Scientists at CERN are using the Large Hadron Collider to try to find out what anti-matter is and why very little of it exists in today's world.

Τα ευρήματα είναι ενθαρρυντικά αλλά το πλεόνασμα που παρατηρείται δεν αρκεί για να αποτελέσει εξήγηση της βαρυονικής ασυμμετρίας. Σύμφωνα με τον Παρκς, η επιστημονική ομάδα θα χρειαστεί να σκεφτεί νέες προσεγγίσεις για τα επόμενα πειράματα, αλλά τα αποτελέσματα δείχνουν πως βρίσκονται στο σωστό δρόμο.

Θεαματική πρόσκρουση κομήτη έφερε νερό στον Δία, Herschel links water in Jupiter's stratosphere to 1994 comet impact

Η κατανομή του νερού στη στρατόσφαιρα του Δία σύμφωνα με τις παρατηρήσεις του Herschel. Distribution of water in Jupiter's stratosphere. Credit: Water map: ESA/Herschel/T. Cavalié et al.; Jupiter image: NASA/ESA/Reta Beebe (New Mexico State University)

Τα μόρια νερού που ανακαλύφθηκαν το 1995 στη στρατόσφαιρα του Δία προήλθαν από τον κομήτη Shoemaker-Levy 9, ο οποίος ενθουσίασε τους αστρονόμους σε όλο τον κόσμο όταν προσέκρουσε στον γιγάντιο πλανήτη ένα χρόνο νωρίτερα.

H πορεία του Shoemaker-Levy 9 προς τον Δία σε συρραφή εικόνων από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble. Comet Shoemaker-Levy 9 approaching Jupiter in 1994. Credit: NASA, ESA, H. Weaver and E. Smith (STScI) and J. Trauger and R. Evans (Jet Propulsion Laboratory)

Δεκάδες τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο στράφηκαν προς τον Δία τον Ιούλιο του 1994 για να παρακολουθήσουν τη δραματική πορεία του Shoemaker-Levy 9, ο οποίος είχε σπάσει σε 21 θραύσματα που κατευθύνονταν προς το νότιο ημισφαίριο του πλανήτη.

This mosaic of WFPC-2 images shows the evolution of the G impact site on Jupiter (the 21 comet fragments of Shoemaker-Levy 9 were each assigned a corresponding letter to identify the impact site; G represents the 7th fragment to strike the planet. It was also the largest impact.) Copyright R. Evans, J. Trauger, H. Hammel and the HST Comet Science Team

Ήταν η πρώτη πρόσκρουση στο Ηλιακό Σύστημα που κατέγραψαν οι αστρονόμοι σε πραγματικό χρόνο. Οι γιγάντιες κηλίδες που άφησαν οι προσκρούσεις στην ατμόσφαιρα του Δία παρέμειναν ορατές για εβδομάδες.

Το νερό στην ατμόσφαιρα του Δία ανακαλύφθηκε ένα χρόνο αργότερα και οι πλανητολόγοι υποψιάστηκαν αμέσως ότι επρόκειτο για νερό από τον διαλυμένο κομήτη, ο οποίος πιστεύεται ότι αποτελούνταν κυρίως από πάγο νερού.

Οι υπολογισμοί των ειδικών δείξει εξάλλου ότι τα μόρια νερού δεν θα μπορούσαν να είχαν ανέβει στη στρατόσφαιρα από βαθύτερα στρώματα του Δία. Η υπόθεση της κοσμικής προέλευσης ήταν η πιο ευλογοφανής, ωστόσο μέχρι σήμερα δεν υπήρχαν αξιόπιστες απαντήσεις.

Τη λύση στο μυστήριο προσφέρουν τώρα οι υπέρυθρες παρατηρήσεις του Herschel, ενός διαστημικού τηλεσκοπίου του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA).

Όπως αναφέρει στην επιθεώρηση «Astronomy & Astrophysics» διεθνής ομάδα ερευνητών, τα υπέρυθρα μάτια του Herschel διαπίστωσαν ότι το νερό του νοτίου ημισφαιρίου είναι τρεις φορές περισσότερο από ό,τι στο βόρειο, και μάλιστα συγκεντρώνεται γύρω από τις περιοχές των προσκρούσεων.

Jupiter after the impact of comet Shoemaker-Levy 9 in 1994. Credit: Calar Alto Observatory/Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany

«Σύμφωνα με τα μοντέλα μας, έως και το 95% του νερού στη στρατόσφαιρα προέρχεται από την πρόσκρουση του κομήτη» λέει ο Τιμπό Καμπαλιέ του Εργαστηρίου Αστροφυσικής του Μπορντώ στη Γαλλία, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης.

Περισσότερα στοιχεία για τη σύσταση της ατμόσφαιρας τόσο του γιγάντιου πλανήτη όσο και των παγωμένων φεγγαριών του αναμένεται να προσφέρει η ευρωπαϊκή αποστολή JUICE, η οποία προγραμματίζεται να αναχωρήσει για το σύστημα του Δία το 2022.

Εντοπίστηκε δομικό υλικό του Ηλιακού Συστήματος, Grains of sand from ancient supernova found in meteorites

Composite Spitzer, Hubble, and Chandra image of supernova remnant Cassiopeia A, a star that exploded over 300 years ago. Silica was identified within this cloud of cast-off star-stuff. (NASA/JPL-Caltech/STScI/CXC/SAO)

Μια ενδιαφέρουσα ανακάλυψη έκαναν ερευνητές στις ΗΠΑ. Εντόπισαν κοσμική σκόνη η οποία είναι πιθανό να προέρχεται από την πηγή από την οποία προέκυψαν τα δομικά υλικά της δημιουργίας του ηλιακού μας συστήματος.

Η πολύτιμη σκόνη 

A 3.5-cm chondrite meteorite found in Antarctica in Nov. 1998. Dark meteorites show up well against the icy terrain of Antarctica. (Carnegie Mellon University)

Μελετώντας δείγματα ύλης που έχει φτάσει στη Γη με μετεωρίτες, ερευνητές του Κέντρου Διαστημικών Επιστημών McDonell ανακάλυψαν κόκκους διοξειδίου του πυριτίου. Η θαλάσσια άμμος αποτελείται κυρίως από διοξείδιο του πυριτίου η κρυσταλλική μορφή του οποίου είναι ο χαλαζίας.

How small is small? Presolar silicates typically run 250 nanometers in diameter, slightly larger than a virus — and nowhere near visible. ILLUSTRATION ADAPTED FROM ONE BY THE NANOSCALE INFORMAL SCIENCE EDUCATION NETWORK

Η μελέτη κοσμικής σκόνης που έχει φτάσει στη Γη με μετεωρίτες αποτελεί ερευνητικό εργαλείο για τους ειδικούς. Η μελέτη αυτής της σκόνης αποκαλύπτει στοιχεία για άστρα που έχουν σβήσει πολύ πριν τη γέννηση του ηλιακού μας συστήματος. Στοιχεία που δεν είναι δυνατόν να αναδειχθούν με τα υπάρχοντα τεχνικά μέσα - είτε με τηλεσκόπια είτε με προσομοιώσεις.

Οι αρχέγονοι κόκκοι

Οι κόκκοι που ανακάλυψαν οι ερευνητές φαίνεται ότι προέρχονται από μια έκρηξη υπερκαινοφανούς αστέρα. Σε άρθρο τους που θα δημοσιευθεί στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal Letters» οι επιστήμονες πιθανολογούν ότι οι κόκκοι αυτοί προέρχονται από το σουπερνόβα Κασσιόπεια Α.

The layered structure of a star about to go supernova; different layers contain different elements. (Wikimedia)

Το συγκεκριμένο σουπερνόβα πιστεύεται ότι εμπλούτισε τα νεφελώματα αερίων και σκόνης που υπήρχαν στη διαστημική μας γειτονιά με τα συστατικά εκείνα που ήταν απαραίτητα για να ξεκινήσει η διεργασία της γέννησης αρχικά του Ήλιου και στη συνέχεια των πλανητών.

Ο κομήτης του αιώνα, Comet of the Century

These images of Comet ISON were taken by NASA's Hubble Space Telescope on April 10, 2013, when the comet was 386 million miles from the sun. The image at right has been computer-processed to reveal the structure of ISON's inner coma. Credit: NASA, ESA, and Z. Levay (STScI)

Η NASA έδωσε στη δημοσιότητα μια νέα φωτογραφία του κομήτη ISON. Πρόκειται για την πιο «καθαρή» εικόνα του κομήτη που έχουν στην διάθεση τους οι επιστήμονες.

From now through October, comet ISON tracks through the constellations Gemini, Cancer and Leo as it falls toward the sun. Credit: NASA's Goddard Space Flight Center/Axel Mellinger

Την φωτογραφία τράβηξε το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble στις 10 Απριλίου όταν ο ISON κινούνταν σε σε απόσταση περίπου 630 εκατομμυρίων χλμ από τη Γη, κάπου ανάμεσα στον Ήλιο και τον Δία.

Η κεφαλή του ISON έχει διάμετρο λίγο μεγαλύτερη από πέντε χιλιάδες χλμ, μεγαλύτερη από τη διάμετρο της Αυστραλίας ενώ η ουρά του έχει έκταση περίπου 90 χιλιάδων χλμ.

Ο ISON έχει ονομαστεί από την επιστημονική κοινότητα «κομήτης του αιώνα» επειδή στις 28 Νοεμβρίου θα κάνει το κοντινότερο πέρασμα της από τον Ήλιο και σύμφωνα με τους ειδικούς για λίγη ώρα θα είναι το πιο λαμπρό αντικείμενο στον ουρανό, πιο λαμπρό ακόμη και από την πανσέληνο.

Comet Nevski-Novichonok (ISON) as it may appear at sunset on Nov. 29, if it survives its close encounter with the sun the day before. Credit: Starry Night Software

Είναι μάλιστα πιθανό ο κομήτης να είναι ορατός ακόμη και στο φως της ημέρας.