CERN: Μεγάλο βήμα στη μελέτη αντιύλης

​Το άκουσμα της λέξης αντιύλη, ίσως στα αυτιά του μέσου ανθρώπου να ακούγεται ως κάτι τρομακτικό. Ωστόσο πρόκειται απλώς για μια διαφορετική μορφή ύλης, αποτελούμενη από αντισωματίδια. Στην περίπτωση του CERN για παράδειγμα, ένα άτομο αντι-υδρογόνου αποτελείται από ένα αρνητικά φορτισμένο αντιπρωτόνιο, γύρω από το οποίο περιστρέφεται ένα θετικά φορτισμένο ποζιτρόνιο (αντιηλεκτρόνιο). Η μάζα διατηρείται, όμως το ηλεκτρικό φορτίο είναι αντίθετο.

Άγνωστος παραμένει λόγος που η αντιύλη είναι σχεδόν εξαφανισμένη στο σύμπαν. Η μελέτη, όμως αυτού του δυσεύρετου επιστημονικού αντικειμένου κρίνεται αναγκαία, εάν θέλουμε να εξακριβώσουμε κάποιους βασικούς νόμους του κόσμου. Συγκρίνοντας τις ιδιότητες και την συμπεριφορά του υδρογόνου και του αντι-υδρογόνου, οι επιστήμονες του CERN μπορούν να καταλήξουν σε πολύ σημαντικά συμπεράσματα, αλλά και να ελέγξουν την εγκυρότητα της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας του Αλμπερτ Αϊνστάιν. 

Φυσικά, ο έλεγχος της αντιύλης δεν είναι καθόλου εύκολος, αφού η τελευταία δεν μπορεί να συναντηθεί στην φύση. Αν ένα αντι-υδρογόνο βρισκόταν στην ατμόσφαιρα, θα συναντούσε κατευθείαν ένα υδρογόνο για να εξαϋλωθούν μαζί, παράγοντας ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Για αυτό το λόγο, οι επιστήμονες πρέπει να κάνουν το πείραμα στους υπερσύγχρονους χώρους των εργαστηρίων, όπου θα εξετάσουν αν τα δύο αντίθετα άτομα έχουν ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες. 

Η θεωρία που δημοσίευσε πριν από 111 χρόνια ο Αϊνστάιν, απαιτεί την αντιύλη να κατοπτρίζει τις ιδιότητες της ύλης. Για να εξηγηθεί αυτή η σύνδεση μεταξύ της Ειδικής Σχετικότητας και της αντιύλης, χρειάζονται… πολλά μαθηματικά. Παρόλα αυτά, μια βασική ιδέα στην θεωρία είναι πως ο χωροχρόνος διαχωρίζεται με διαφορετικό τρόπο σε χώρο και χρόνο, για δύο παρατηρητές που βρίσκονται σε σχετική κίνηση μεταξύ τους. Αν η ύλη και η αντιύλη δεν είναι απολύτως όμοιες, τότε αυτή η υπόθεση δεν μπορεί να είναι απόλυτα σωστή. 

Αυτός είναι ο λόγος που οι άνθρωποι του CERN πασχίζουν να μετρήσουν το φάσμα του αντι-υδρογόνου. Ενα άτομο υδρογόνου μπορεί να απορροφήσει ή να εκπέμψει φως μόνο από ορισμένα διακριτά μήκη κύματος, αφού το ηλεκτρόνιο μεταπηδά από ένα κβαντισμένο επίπεδο ενέργειας σε ένα άλλο (γεγονός που πριν από έναν αιώνα ώθησε την εφεύρεση της κβαντικής μηχανικής). Αν η θεωρία του Αϊνστάιν είναι σωστή, αυτά τα μήκη κύματος θα πρέπει να είναι ακριβώς τα ίδια και για το αντι-υδρογόνο.

Ο Jeffrey Hangst από το πανεπιστήμιο της Δανίας, μαζί με 53 ακόμα φυσικούς του πειράματος ALPHA στο CERN, διέγειραν άτομα αντι-υδρογόνου που βρίσκονταν σε θεμελιώδη κατάστασή, για να τα οδηγήσουν στην αμέσως επόμενη στάθμη ενέργειας. Μετρώντας τις μεταβολές, δεν βρήκαν καμία διαφορά σε σχέση με την αποδιέγερση των ατόμων του υδρογόνου! 

Κάπως έτσι, το πρώτο τεστ ολοκληρώθηκε με επιτυχία από τους επιστήμονες του CERN. Το επόμενο βήμα θα γίνει του χρόνου, με τους ερευνητές να υπολογίζουν την μετάβαση στο επόμενο επίπεδο ενέργειας, διαφορετικές φασματικές γραμμές, αλλά και την βαρυτική έλξη των αντι-υδρογόνων.

Όταν η προσπάθεια αυτή ολοκληρωθεί, θα εξακριβωθεί η θεμελιώδης συμμετρία των βασικών νόμων της φυσικής, αλλά και το Καθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων. Αν, από την άλλη, διαπιστωθεί κάποια ανωμαλία μεταξύ ύλης και αντιύλης, τότε αρκετά βιβλία φυσικής θα πρέπει να… ξαναγραφτούν από την αρχή!