Badaczom w USA udało się odkryć coś, co może podważyć dotychczasową wiedzę na temat fizyki kwantowej. Część przedstawicieli świata naukowego wskazuje, że za niektóre procesy może odpowiadać czarna materia.
- Niedawny eksperyment amerykańskich fizyków wskazuje, że cząstki elementarne zwane mionami łamią prawa fizyki
- Może to oznaczać, że kieruje nimi jakaś nieznana ludzkości siła, co sprawia, że przy obecnym stanie wiedzy naukowcy nie są w stanie wytłumaczyć pewnych zjawisk
- Część naukowców sugeruje, że za zachowanie mionów może odpowiadać ta sama siła, która kieruje czarną materią, będącą niegdyś główną częścią składową kosmosu
- Więcej takich historii znajdziesz na stronie głównej Onet.pl
Jedna z najczęściej występujących cząstek we wszechświecie, mion, zachowuje się niepoprawnie.
Być może to nie kwestia niepoprawnego zachowania, a błędnych praw fizyki. W rzeczywistości charakterystyka funkcjonowania mionów jest daleka od podstaw nauki zwanej fizyką. Naukowcy badający tę kwestię uważają, że albo ich podręczniki są niekompletne, albo cząsteczkami rządzi jakaś nieznana naukowcom siła.
Miony to rodzaj otyłych elektronów. Chociaż obydwie te cząstki mają ujemny ładunek elektryczny, to waga mionów jest 207 razy większa niż elektronów. Dzięki swojemu ładunkowi i właściwości zwanej spinem swoim zachowaniem przypominają drobne magnesy. Gdy trafiają w inne pole magnetyczne, dochodzi w nich do nieskończenie małego drgania.
Tyle teoria. Niedawny eksperyment przeprowadzony w jednym z laboratoriów w stanie Illinois wykazał różnicę między założeniem dotyczącym poziomu drgań mionów a tym, jak bardzo one drgały w rzeczywistości.
Owa różnica jest na tyle duża, że fizycy zaczęli brać pod uwagę możliwość uczestniczenia w tym zjawisku cząstki lub siły, która pozostaje nieznana. Innymi słowy, odkrycie amerykańskich naukowców może potwierdzać tezę, że jakaś tajemnicza siła, coś, czego współczesna fizyka dotychczas nie poznała, brała udział w stworzeniu naszego wszechświata.
- Nowe odkrycia mogą zapoczątkować rewolucję w dotychczasowym rozumieniu przyrody - wskazuje w rozmowie z Insiderem Thomas Teubner, fizyk teoretyczny z uniwersytetu w Liverpoolu, współautor badania.
Czytaj też: Zapierające dech zdjęcie Drogi Mlecznej powstawało przez 12 lat. Widać na nim "ducha" dawno zmarłej gwiazdy
Inna prawdopodobna teoria wskazuje, że za nieznane zachowanie mionów może odpowiadać czarna materia, powstały w wyniku Wielkiego Wybuchu daleki kuzyn materii tworzącej wszechświat. Czarna materia stanowi jedną czwartą wszechświata.
Strzelanie do mionów pędzących po okręgu z prędkością światła
Miony powstają na skutek przenikania do atmosfery promieniowania kosmicznego. W każdej sekundzie w nasze głowy uderza kilkaset takich cząsteczek. Miony potrafią przenikać przez inne obiekty niczym promieniowanie rentgenowskie (np. kilka lat temu dzięki wykorzystaniu mionów archeologom udało się odkryć sekretną komnatę w piramidzie Cheopsa), aczkolwiek czas ich życia wynosi zaledwie dwie milionowe części sekundy. Po tym czasie dochodzi do ich rozpadu na lżejsze cząstki.
W trakcie swojego bardzo krótkiego życia każdy z mionów układa się w tym samym kierunku tak jak kompas zawsze pokazujący północ. Jeśli mion trafi w pole magnetyczne, to jego ułożenie ulega nieznacznej zmianie w stosunku do pierwotnej pozycji. I właśnie to kluczowe chybotanie, znane jako czynnik g, jest badanie w laboratoriach Fermilab.
Fermilab to projekt amerykańskiego Departamentu Energii, prowadzony przy współpracy z uniwersytetem w Chicago, ukierunkowany na badanie zagadnień ze świata fizyki.
W laboratoriach zaangażowanych w projekt naukowcy mogą pozyskiwać miony do badań poprzez zderzanie z metalową powierzchnią wiązki protonów, podróżujących z prędkością światła w urządzeniu zwanym akceleratorem cząsteczek. Umieszczone w mającym 15 metrów średnicy akceleratorze miony podążały po okręgu z prędkością światłą ponad 1 tys. razy.
Gdy umieszczone w maszynie miony ulegają rozpadowi, kierunek poruszania się powstałych w wyniku rozpadu ultra małych cząstek jest mierzony przez bardzo dokładne czujniki. Na podstawie tej informacji naukowcy mogą wyznaczyć stały punkt dla każdego miona.
Teoretycznie możliwe powinno być obliczenie dokładnej liczby drgających mionów przy wykorzystaniu Modelu Standardowego, który skupia całą wiedzę ludzkości dotyczącą tych cząstek. W praktyce eksperyment zespołu badaczy Fermilab wykazał, że chybotanie uzyskanych przez nich mionów różni się od pierwotnych obliczeń.
Różnica wyniosłą jedną trzecią jednej milionowej procenta.
Chociaż wydawać by się mogło, że to niewiele to, zdaniem Teubnera, wynik eksperymentu stanowi "kamień milowy w fizyce kwantowej".
Istnieje niewielkie prawdopodobieństwo, że różnica jest spowodowana błędem. Naukowcy obliczyli, że szansa na to, aby rozbieżność między założeniami teoretycznymi a danymi empirycznymi była wynikiem przypadku, wynosi 1 do 40 tys.
„Rezultat badań jest wiarygodnym dowodem na to, że mion podlega działaniu czegoś, czego jeszcze nie znamy” – podkreśla w oświadczeniu dla prasy Renee Fatemi, jedna z menadżerek projektu Fermilab.
Czytaj też: Wyniki czteroletniego badania NASA na astronautach bliźniakach mogą być kluczowe w misji na Marsa
20-letnia tajemnica
To nie pierwszy raz, kiedy miony nie zachowują się tak jak zakładały naukowe teorie.
W 2001 r. Narodowe Laboratorium Brookhaven w Nowym Jorku przeprowadziło podobny eksperyment z wykorzystaniem tego samego elektromagnesu. Rezultaty nowojorskiego badania wykazały różnice w zachowaniu mionów w porównaniu z teoretycznymi założeniami. Tamto badanie było obarczone większym ryzykiem błędu: szansa, że rezultat ten był dziełem przypadku, wynosiła 1 do 1000.
Obserwacje dokonane w Fermilab potwierdzają doniesienia naukowe sprzed 20 lat. Jak wskazuje Teubner to sprawia, że "rozbieżność zauważona dwie dekady temu jest jeszcze bardziej intrygująca".
W trakcie najbliższych dwóch lat Fermilab ma opublikować wyniki dwóch kolejnych eksperymentów. Badacze pracują obecnie nad czwartą próbą, a piąta jest w fazie przygotowań.
To czarna materia może wpływać na miony
Teubner tłumaczy, że za drgania mionów mogą odpowiadać pewne siły fizyczne, nieujęte w Modelu Standardowym.
Ich istnienie może tłumaczyć powstanie czarnej materii oraz uprawdopodobnia istnienie czarnej energii, która ma odgrywać kluczową rolę w rozszerzaniu się wszechświata.
- Dla teoretyków możliwość rozwiązania więcej niż jednego problemu na raz jest atrakcyjną perspektywą - wskazuje Teubner.
Fizyk wskazuje na jedną z hipotez, dotyczącą zarówno mionów, jak i czarnej materii. Sugeruje ona, że miony oraz pozostałe cząsteczki mają niemal identyczne cząstki towarzyszące, które w niewielkim stopniu wchodzą z nimi w interakcję. Hipoteza ta funkcjonuje pod nazwą supersymetrii.
Stosowane przez Fermilab technologię nie są na tyle dokładne, aby móc zbadać tę kwestię. Teubner podkreśla, że nie ma pewności, iż tajemnicze zachowanie mionów jest spowodowane przez czarną materię. Oznacza to, że prawa fizyki mogą być nieprecyzyjne pod kilkoma względami.
Tłum. Adam Hugues
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz