Σε αναζήτηση της αντιύλης

Ενας εξαιρετικά ευαίσθητος ανιχνευτής στοιχειωδών σωματιδίων είναι μέχρι στιγμής το καλύτερο όργανο των ερευνητών στην αναζήτηση της αντιύλης και της σκοτεινής ύλης και συμβάλλει στην επίλυση ορισμένων από τα μεγάλα αινίγματα του Σύμπαντος.

Πρόκειται, στην ουσία, για έναν ανιχνευτή στοιχειωδών σωματιδίων και ειδικότερα εκείνων που σχετίζονται με την αντιύλη, τη σκοτεινή ύλη και τις κοσμικές ακτίνες.

Τα στοιχειώδη σωματίδια παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον, και όχι τυχαία. Με τη δική τους συνδρομή θα μπορέσουμε ν’ αποκαλύψουμε τα μεγάλα μυστικά του Σύμπαντος. Αφενός, ενδέχεται να μας παράσχουν κάποια ένδειξη ως προς τη θέση της αντιύλης μέσα στο Σύμπαν και, αφετέρου, μπορεί να βοηθήσουν στη διερεύνηση του μυστηρίου.

Από τι αποτελείται;

Το όργανο ονομάζεται Αλφα Μαγνητικό Σπεκτρόμετρο (ΑΜΣ). Ο ανιχνευτής σωματιδίων είναι το μεγαλύτερο και ακριβότερο επιστημονικό όργανο στο Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Πιθανόν το ΑΜΣ να συνιστά για την κοσμική ακτινοβολία ό,τι και το τηλεσκόπιο του Hubble για το φως: ένα διαστημικό παρατηρητήριο που θα εμπλουτίσει τις γνώσεις μας για το Σύμπαν. Το τηλεσκόπιο του Hubble έχει τραβήξει χιλιάδες καταπληκτικές φωτογραφίες των μεγάλων δομών του Σύμπαντος. Το ΑΜΣ, από την πλευρά του, αναζητά μικροσκοπικές δομές.

Μόνον εύκολη υπόθεση δεν μπορεί να χαρακτηριστεί η αναζήτηση και ο ορισμός αυτών των μικροσκοπικών σωματιδίων. Γι’ αυτό το ΑΜΣ είναι εξοπλισμένο με μια σειρά υπερσύγχρονων ανιχνευτών. Οταν ένα ηλεκτρικά φορτισμένο σωματίδιο περνά μέσα από το ΑΜΣ, πέφτει πάνω σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο που προκαλεί εκτροπή της τροχιάς του. Οι ανιχνευτές καταγράφουν την τροχιά του σωματιδίου και μ’ αυτόν τον τρόπο γίνεται δυνατή η ανεύρεση της μάζας και του φορτίου του. Ο βαθμός δηλαδή της εκτροπής εξαρτάται από αυτούς τους παράγοντες.

«Εξολοθρεύει» την ύλη

Ο κύριος σκοπός του πανάκριβου οργάνου είναι να εξακριβωθεί πόση αντιύλη υπάρχει στο Σύμπαν. Εδώ και καιρό οι ερευνητές γνώριζαν πως σε κάθε στοιχειώδες σωματίδιο αντιστοιχεί ένα αντισωματίδιο, ένα είδος ειδώλου του σωματιδίου, με την ίδια μάζα και αντίθετο φορτίο. Ομως, ό,τι μας περιβάλλει συνίσταται, ως γνωστόν, από ύλη κι όχι από αντιύλη. Επομένως, προκύπτει το ερώτημα: πού βρίσκεται η αντιύλη;

Απ’ όσο γνωρίζουμε, το Σύμπαν στο οποίο ζούμε αποτελείται από ύλη. Και ευτυχώς που είναι έτσι, γιατί η ύλη δεν μπορεί να συνυπάρξει με την αντιύλη. Οταν ένα σωματίδιο συναντά ένα αντισωματίδιο, εξαϋλώνονται, αφήνοντας συνήθως πίσω τους φωτόνια.

Σύμφωνα με την κλασική Θεωρία της Μεγάλης Εκρηξης, η ύλη και η αντιύλη θα πρέπει δημιουργήθηκαν ισόποσες στο βρεφικό Σύμπαν. Προφανώς, αυτό δεν ισχύει. Αν συνέβαινε κάτι τέτοιο, το Σύμπαν θα ήταν απλώς μια θάλασσα φωτονίων, χωρίς καθόλου ύλη. Θα πρέπει, λοιπόν, να υπήρχε σε λειτουργία ένας φυσικός μηχανισμός που επέτρεψε την παραγωγή περισσότερης ύλης από αντιύλη. Ωστόσο, η μοναδική μορφή αντιύλης που βρίσκεται στο δικό μας συμπαντικό περιβάλλον συνίσταται στα αντισωματίδια που σχηματίζονται, όταν υψηλής ενέργειας κοσμικές ακτίνες συγκρούονται με τα σωματίδια της ατμόσφαιρας, καθώς και στις ελάχιστες ποσότητες αντιύλης που έχουν δημιουργηθεί στα διάφορα ερευνητικά εργαστήρια. Πού βρίσκεται, λοιπόν, η αντιύλη;

Ασυμμετερία

Κατά την άποψη της πλειονότητας των φυσικών, μια θεμελιώδης ασυμμετρία λαμβάνει χώρα στους νόμους της Φυσικής. Σε παρόμοιες πυρηνικές αντιδράσεις υπάρχουν μεγαλύτερες πιθανότητες να σχηματιστούν σωματίδια παρά αντισωματίδια. Επομένως, λίγο μετά τη Μεγάλη Εκρηξη υπήρχε ασυμμετρία μεταξύ ύλης και αντιύλης, που οδήγησε στην εξαΰλωση ίσων ποσοτήτων ύλης και αντιύλης. Από το πλεόνασμα της ύλης που «επιβίωσε» προέκυψαν όλα όσα βλέπουμε στο Σύμπαν.

Το αντιήλιο προκαλεί αίσθηση

Σύμφωνα με μια άλλη υπόθεση, η αντιύλη θα μπορούσε να έχει απομακρυνθεί και διαχωριστεί με κάποιον τρόπο από την ύλη. Ισως να υπάρχουν, πολύ μακριά από το γαλαξία μας, αντιγαλαξίες με δισεκατομμύρια αντιάστρα και αντιπλανήτες. Αν είναι όντως έτσι, στα όρια μεταξύ του «βασιλείου της ύλης» και του «βασιλείου της αντιύλης» θα πρέπει να παρατηρούνται φαινόμενα εξαΰλωσης, που απελευθερώνουν μεγάλες ποσότητες ακτινοβολίας γ, η οποία θα μπορούσε να εντοπιστεί από τους διαστημικούς ανιχνευτές. Αυτός θα είναι και ένας από τους βασικούς στόχους του ΑΜΣ, ίσως το πλέον ευαίσθητο επιστημονικό όργανο του είδους του, με τη βοήθεια του οποίου οι επιστήμονες ευελπιστούν να επιτύχουν ανίχνευση της αντιύλης στο Διάστημα.

Ενα από τα πιο συνηθισμένα στοιχεία που υπάρχουν στο Σύμπαν είναι το ήλιο, η βασική μορφή του οποίου εμπεριέχει στον πυρήνα του δύο πρωτόνια και δύο νετρόνια. Η σύλληψη ενός και μοναδικού πυρήνα αντιηλίου αποτελούμενου από ένα ζεύγος αντιπρωτονίων κι ένα ζεύγος αντινετρονίων θα είναι μεγάλο επίτευγμα. Ενα τέτοιο σωματίδιο δεν μπορεί να σχηματιστεί με φυσιολογικές συγκρούσεις μεταξύ συνηθισμένων σωματιδίων. Επομένως, η ανίχνευσή του θα αποτελεί σοβαρότατη ένδειξη για την ύπαρξη μεγάλων ποσοτήτων αντιύλης.