Η «σοκαριστική» μέτρηση του υποατομικού σωματιδίου μποζονίου W φέρνει επανάσταση στη Φυσική

Μετά από δέκα χρόνια έρευνας, οι επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Επιταχυντή Fermilab του υπουργείου Ενέργειας στο Ιλινόις των ΗΠΑ ανακοίνωσαν ότι πέτυχαν την πιο ακριβή έως τώρα μέτρηση της μάζας του μποζονίου W, ενός από τα θεμελιώδη υποατομικά σωματίδια.

Η μέτρηση έχει διπλάσια ακρίβεια από την προηγούμενη καλύτερη μέτρηση, αλλά χαρακτηρίστηκε απρόσμενα «σοκαριστική», επειδή διαφέρει - είναι μεγαλύτερη κατά περίπου 0,1% - από αυτό που προβλέπει η κυρίαρχη θεωρία από τη δεκαετία του 1970, το Καθιερωμένο Πρότυπο (Standard Model) της σωματιδιακής Φυσικής. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα να έχει δημιουργηθεί αναστάτωση στην παγκόσμια κοινότητα των φυσικών και να ακούγονται - για μία ακόμη φορά - εκτιμήσεις ότι μπορεί να χρειαστούν σημαντικές αναθεωρήσεις, ίσως και μια πραγματική επιστημονική επανάσταση σχετικά με τον τρόπο που βλέπουμε την ύλη και το σύμπαν.

Οι ερευνητές, με επικεφαλής τον πειραματικό σωματιδιακό φυσικό Ασουτός Κοτγουάλ του Πανεπιστημίου Ντιουκ της Β.Καρολίνα, οι οποίοι έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Science», δήλωσαν ότι αν η μέτρηση της μάζας του μποζονίου W επιβεβαιωθεί, τότε πιθανότατα θα πρέπει να γίνουν βελτιώσεις στο Καθιερωμένο Πρότυπο ή ακόμη και επεκτάσεις του σε νέες κατευθύνσεις. Θα χρειαστούν πάντως μελλοντικές μετρήσεις από άλλο επιστημονικό πείραμα για να φωτίσουν περισσότερο το ζήτημα.

Το μποζόνιο W, που ανακαλύφθηκε το 1983, είναι «αγγελιοφόρος» ή φορέας της ασθενούς πυρηνικής δύναμης και ευθύνεται (μαζί με το «ξαδερφάκι» του, το μποζόνιο Ζ) για τις περισσότερες πυρηνικές διαδικασίες, όπως μέσα στον Ήλιο ή κατά τη διάσπαση των σωματιδίων. Η μάζα του είναι περίπου 80 φορές μεγαλύτερη από εκείνη ενός πρωτονίου.

Με βάση τη νέα μέτρηση, είναι 80,433 MeV (μεγαηλεκτρονιοβόλτ), με περιθώριο σφάλματος μόλις συν/πλην 9,4 MeV. Η προηγούμενη καλύτερη μέτρησή του ήταν από το πείραμα ATLAS του CERN (80,370 MeV με περιθώριο σφάλματος συν/πλην 19 MeV). Η θεωρητική πρόβλεψη είναι για μάζα 80,357 MeV.

Ο εκπρόσωπος των ερευνητών καθηγητής Ντέηβιντ Τόμπακ του Πανεπιστημίου Α & Μ του Τέξας χαρακτήρισε «σοκαριστικά» τα ευρήματα και δήλωσε στο BBC ότι «αν επιβεβαιωθούν από άλλα πειράματα, ο κόσμος πρόκειται να δείχνει διαφορετικός. Θα πρέπει να υπάρξει μια μεταβολή παραδείγματος. Η ελπίδα είναι ότι ίσως αυτό το αποτέλεσμα πρόκειται να είναι αυτό που τελικά θα σπάσει το φράγμα».

Ο άλλος εκπρόσωπος της επιστημονικής κοινοπραξίας καθηγητής Τζόρτζιο Κιαρέλι του Ιταλικού Εθνικού Ινστιτούτου Πυρηνικής Φυσικής δήλωσε ότι οι ερευνητές δεν πίστευαν στα μάτια τους, όταν είδαν τα αποτελέσματα των μετρήσεων. «Κανένας δεν το περίμενε. Νομίζαμε ότι κάναμε κάτι λάθος», είπε, αλλά παρά τις προσπάθειές τους στη συνέχεια, δεν βρήκαν κάποιο σφάλμα.

Παρά τη μακροβιότητα του, το Καθιερωμένο Πρότυπο δεν μπορεί να εξηγήσει βασικά πράγματα στο σύμπαν, όπως η σκοτεινή ύλη και η σκοτεινή ενέργεια. Γι' αυτό πολλοί επιστήμονες θεωρούν δεδομένο ότι είναι ανεπαρκές ως σφαιρική περιγραφή της φύσης, όμως δεν έχουν ακόμη βρει τον δρόμο προς μια Νέα Φυσική, καθώς αναζητούνται νέα σωματίδια και νέες δυνάμεις.

Όλα τα μάτια στρέφονται πλέον προς τον μεγάλο επιταχυντή (LHC) του CERN στην Ευρώπη, ο οποίος πρόκειται να επαναλειτουργήσει μετά από τριετή συντήρηση και αναβάθμιση.

Σύνδεσμος για την επιστημονική δημοσίευση:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk1781

ΑΠΕ-ΜΠΕ