Του Παναγιώτη Γεωργουδή
Mια πρωτοποριακή ερευνητική ομάδα Ελλήνων επιστημόνων του Φυσικού Τμήματος του Πανεπιστημίου Κρήτης με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή και ερευνητή του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Ερευνας (ΙΤΕ), Πέτρο Ρακιντζή, προετοιμάζει μετρήσεις που θα συνεισφέρουν σε σημαντικά άλυτα προβλήματα της Φυσικής Στοιχειωδών Σωματιδίων, της Πυρηνικής Φυσικής, ακόμα και της Κοσμολογίας! Παγκοσμίως, έρευνα στους παραπάνω τομείς πραγματοποιείται σε τεράστιες και πανάκριβες υποδομές, όπως ο επιταχυντής Αδρονίων του CERN.
Η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Πέτρου Ρακιντζή προτείνει μια «επιτραπέζια» και οικονομικά προσιτή πειραματική τεχνική, ικανή να διερευνήσει καινούργια φυσική σε ενέργειες που ξεπερνούν τις δυνατότητες του επιταχυντή Αδρονίων του CERN (!) και την πιθανή ύπαρξη σωματιδίων που ευθύνονται για το πρόβλημα της Σκοτεινής Υλης. Στην περίοδο δυστυχίας που περνά η ελληνική κοινωνία οι Ελληνες επιστήμονες στέλνουν ένα ηχηρό μήνυμα αισιοδοξίας σε παγκόσμιο επίπεδο για τις τεράστιες δυνατότητες της χώρας και των επιστημόνων της, που παλεύουν με ελάχιστα ερευνητικά κονδύλια από τον προϋπολογισμό.
Σε πρόσφατη δημοσίευση στο διεθνούς κύρους περιοδικό «Physical Review Letters» η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Πέτρου Ρακιντζή προτείνει έναν καινοτόμο τρόπο πειραματικού ελέγχου του Καθιερωμένου Προτύπου στο πλαίσιο του πεδίου της ατομικής φυσικής, που διερευνά φαινόμενα παραβίασης της ομοτιμίας (atomic parity non-conserving effects). Η έννοια της ομοτιμίας είναι κομβική στη φυσική επιστήμη και τυχόν παραβίασή της με πειραματικά ελεγχόμενο τρόπο ανοίγει νέα επιστημονικά συναρπαστικά πεδία στην επιστήμη.
Συγκεκριμένα, στην ομοτιμία υπάρχουν δύο συστήματα που το ένα είναι κατοπτρικό του άλλου. Το ερώτημα που τίθεται είναι αν αυτά τα συστήματα διέπονται από τους ίδιους ακριβώς φυσικούς νόμους, δηλαδή έχουν την ίδια κατοπτρική συμμετρία. Με τη σειρά της η κατοπτρική συμμετρία συνεπάγεται πως έχουν τους ίδιους φυσικούς νόμους. Οι φυσικοί νόμοι είναι τέσσερις. Ο πρώτος είναι η βαρυτική δύναμη, που μεταξύ των κατοπτρικών συστημάτων είναι ίδια.
Ο δεύτερος φυσικός νόμος, που αφορά την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, σέβεται την κατοπτρική συμμετρία. Ο τρίτος φυσικός νόμος, που σχετίζεται με την ισχυρή πυρηνική δύναμη, επίσης σέβεται την κατοπτρική συμμετρία. Ο τέταρτος φυσικός νόμος αφορά εκείνη την κατηγορία δυνάμεων που είναι υπεύθυνη για τη συνήθη ραδιενέργεια, όπως τα κατάλοιπα του αντιδραστήρα. Αυτή η κατηγορία δυνάμεων που λέγεται ασθενής πυρηνική δύναμη δεν σέβεται την κατοπτρική συμμετρία απολύτως, την παραβιάζει σε έναν πολύ μικρό βαθμό.
Αυτή η ίδια αλληλεπίδραση παραβιάζει και μία άλλη συνθήκη εκτός από τη συμμετρία του κατοπτρισμού στον χώρο. Παραβιάζει και τη συνθήκη συμμετρίας κατοπτρισμού στον χρόνο. Αυτό πρακτικά θέτει τεράστια φιλοσοφικά και κοινωνικά ζητήματα γιατί σημαίνει ότι μπορεί να εναλλάσσεται το παρελθόν με το μέλλον.
Δηλαδή πρακτικά ένας γέρος μπορεί να γίνει παιδί ή ένα σπασμένο ποτήρι μπορεί να επανασυνδέσει τα κομμάτια του. Οι νόμοι της φύσης σέβονται τη συμμετρία στην καθημερινότητα, στο μακροσκοπικό επίπεδο όμως δεν τη σέβονται επειδή είναι τρομερά μεγάλος ο αριθμός των μικροκαταστάσεων που αλλάζουν.
Οπως μας είπε ο κ. Ρακιντζής, «τέτοιου είδους πειράματα μετρούν την ανάμειξη καταστάσεων διαφορετικής ομοτιμίας, όπως αυτή γίνεται δυνατή μέσω της ανταλλαγής ουδέτερων Ζ μποζονίων κατά την ασθενή αλληλεπίδραση των ηλεκτρονίων με τα κουάρκς (quarks) του ατομικού πυρήνα. Ακριβείς μετρήσεις της ανάμειξης αυτής διερευνούν πιθανά νέα φαινόμενα φυσικής σε υψηλότερες ενέργειες. Παραδείγματος χάριν, η μέτρηση στο Κέσιο (Cs) με ακρίβεια 0,35%, τοποθετεί το κάτω όριο για τη μάζα των έξτρα Ζ μποζονίων στα 1,4TeV/c2.
Μετρήσεις με ακρίβεια μικρότερη του 0,1% αποτελούν πειραματική πρόκληση, προσφέροντας όμως τη δυνατότητα διερεύνησης καινούργιων φαινομένων φυσικής σε ενέργειες που ξεπερνούν τις δυνατότητες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN». Επιπροσθέτως, τονίζει ο ίδιος επιστήμονας πως «η εξάρτηση των φαινομένων παραβίασης της ομοτιμίας από το πυρηνικό σπιν και τον αριθμό των νετρονίων στον πυρήνα του ατόμου προσφέρει τη δυνατότητα μέτρησης της πυρηνικής μαγνητικής τοροειδούς ροπής (nuclear anapole moment), όπως και πληροφορίες για την κατανομή των νετρονίων στον πυρήνα.
Σήμερα, οι μετρήσεις της πυρηνικής μαγνητικής τοροειδούς ροπής στο Κέσιο και στο Θάλιο βρίσκονται σε ασυμφωνία τόσο μεταξύ τους όσο και με τους θεωρητικούς υπολογισμούς, αφήνοντας ένα άλυτο πρόβλημα που απαιτεί περαιτέρω πειραματική και θεωρητική διερεύνηση». Συγκεκριμένα αναφέρει ο καθηγητής ότι «εν εξελίξει πειράματα που μελετούν φαινόμενα παραβίασης της ομοτιμίας εστιάζουν σε ατομικά συστήματα με μεγάλο αριθμό ισότοπων, όπως τα Υττέρβιο (Yb), Φράγκιο (Fr), και Ράδιο+ (Ra+), καθώς και σε μονοσθενή συστήματα όπου τα επίπεδα ακριβείας των θεωρητικών υπολογισμών αναμένεται να είναι μικρότερα από 1% (Fr, Ra+).
Ωστόσο, η επίτευξη των προαναφερθέντων πειραμάτων είναι δύσκολη, καθώς βρίσκονται σε εξέλιξη ήδη για 15 χρόνια, και στην περίπτωση των ραδιενεργών Φράγκιο (Fr) και Ράδιο ( Ra+) η χρησιμοποίηση επιταχυντών σωματιδίων κρίνεται αναγκαία». Ο κ. Ρακιντζής, επεξηγώντας συνοπτικά την ανάπτυξη της πρωτότυπης ερευνητικής του σύλληψης, μας είπε: «Η ερευνητική μας ομάδα αναπτύσσει μια καινοτόμο επιτραπέζια πειραματική διάταξη για τη μέτρηση των φαινομένων παραβίασης της ομοτιμίας σε μετασταθή άτομα Ξένου (Xe) και Υδραργύρου (Hg).
Η πειραματική διάταξη αυτή αποτελείται από μια οπτική κοιλότητα τεσσάρων κατόπτρων υψηλής ανακλαστικότητας σε χιαστί διάταξη και μια λάμπα εκκένωσης Ξένου ή Υδραργύρου και αποφεύγει τη χρήση συστημάτων κενού και κινούμενων μερών. Το Ξένο και ο Υδράργυρος έχουν 15, εμπορικώς διαθέσιμα, σταθερά ισότοπα, ενώ 4 εξ αυτών έχουν μη-μηδενικό πυρηνικό σπιν. Η ομάδα παρουσιάζει καινοτόμες και άμεσες πειραματικές διαδικασίες αντιστροφής σήματος, που σχετίζονται με την τεχνική της οπτικής περιστροφής.
Στόχος είναι να διερευνηθεί κατά πόσον υπάρχει δυνατότητα πραγματοποίησης τέτοιων σχετικά απλών και οικονομικά προσιτών πειραμάτων σε σύντομο χρονικό διάστημα, και αν ναι, να επιτρέψει την υιοθέτησή τους από άλλες ερευνητικές ομάδες».
