Η γαλαξιακή περιστροφή βοηθάει στην εξήγηση της ασυμμετρίας ύλης/αντιύλης

Ένας φυσικός έχει δημιουργήσει μια λύση με βάση την περιστροφή του Γαλαξία, η οποία εξηγεί έναν από τους πιο μεγάλους γρίφους της σωματιδιακής φυσικής, αφήνοντας έτσι την πόρτα ανοικτή για το αίνιγμα του γιατί επέζησαν διαφορετικές ποσότητες ύλης και αντιύλης, από όσες φτιάχτηκαν στη γέννηση του Σύμπαντος μας.

Η ιδιοπεριστροφή του Γαλαξία μας έχει ένα εκατομμύριο φορές περισσότερη επίδραση στην συστροφή του χωρογρόνου στην γειτονιά μας, από όσο η περιστροφή της Γης. Αυτό το φαινόμενο εκμεταλλεύεται η νέα έρευνα για την παραβίαση CP

Οι φυσικοί πολύ θα ήθελαν να έχουν ένα τακτοποιημένο σύμπαν, όπου οι νόμοι της φυσικής να είναι τόσο καθολικοί, που το κάθε σωματίδιο και το αντισωματίδιο του να συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο. Ωστόσο τα τελευταία χρόνια πειραματικές παρατηρήσεις των καονίων όσο και των μεσονίων Β, αποκάλυψαν σημαντικές διαφορές στο πώς διασπώνται αυτά τα σωματίδια από ό,τι τα αντίστοιχα αντισωματίδια τους.

Αυτό φαινόμενο που λέγεται “παραβίαση φορτίου – ομοτιμίας (C-P) ή "παραβίαση CP" είναι μια δυσκολοεξήγητη ανωμαλία για μερικούς ερευνητές, αλλά είναι ένα χρήσιμο φαινόμενο για άλλους, καθώς μπορεί να μας ανοίξει δρόμους για να εξηγήσουμε γιατί επιβίωσε περισσότερη ύλη από ότι αντιύλη, από τη γέννηση του σύμπαντος.

Ο Mark Hadley, του Τμήματος Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Warwick, πιστεύει πως έχει βρει μια ελέγξιμη εξήγηση για την προφανή παραβίαση του φορτίου-ομοτιμίας που διατηρεί μεν την ομοτιμία (P), αλλά καθιστά την παραβίαση φορτίου – ομοτιμίας (CP), μια ακόμη πιο εύλογη εξήγηση για το διαχωρισμό μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Σύμφωνα με τα συμπεράσματα του φαίνεται ότι η γιγαντιαία μάζα του Γαλαξία μας μπορεί να συμβάλει στο να κρυφτεί η ασυμμετρία που υπάρχει στους ρυθμούς διάσπασης της ύλης και της αντιύλης.

Η μάζα του Γαλαξία ξέρουμε ότι ιδιοπεριστρέφεται και κατά συνέπεια ελέγχεται από τους κανόνες της στροφορμής. Όταν τοποθετήσετε ένα τέτοιο βαρύ, περιστρεφόμενο αντικείμενο μέσα στον χωροχρόνο, το τελικό αποτέλεσμα είναι η δημιουργία στρεβλώσεων σε αυτόν.

Οι αστροφυσικοί ξέρουν για δύο τέτοια είδη στρεβλώσεων – τη συστροφή του πλαισίου αναφοράς του χωροχρόνου (frame-dragging ), λόγω της περιστροφής μιας μεγάλης μάζας, και τη διαστολή του χρόνου. Η πρώτη είναι μια διαδικασία στην οποία ο χωροχρόνος ‘τυλίγεται’ ή συστρέφεται γύρω από το σώμα που ιδιοπεριστρέφεται, όπως προτείνεται στην θεωρία του Άλμπερτ Αϊνστάιν της γενικής σχετικότητας.

Η διαστολή του χρόνου από την άλλη είναι μια παραμόρφωση που επηρεάζει μόνο το χρόνο, που διαστέλλεται σε κάποιο βαθμό. Οι ειδικοί έχουν κάνει την ανάλυση αυτών των δύο φαινομένων γύρω από τη Γη, και η οποία είναι ικανή να παράγει αυτά τα δύο φαινόμενα. Αλλά ο Γαλαξίας μας το κάνει σε μια πολύ μεγαλύτερη κλίμακα από όσο η Γη.

Χρησιμοποιώντας λοιπόν τα δεδομένα αυτά, οι αστρονόμοι μπορούν τώρα να εξηγήσουν γιατί η βαρυονική ύλη και η αντιύλη, υπάρχουν στο σύμπαν στις αναλογίες που βλέπουμε σήμερα. Όπως ξέρουμε η περισσότερη ύλη στον κόσμο αποτελείται από την κανονική βαρυονική ύλη, έστω και αν κατά τη διάρκεια του Big Bang παράχθηκε σε ίσες ποσότητες με την αντιύλη.

Το γεγονός αυτό, που έλαβε χώρα, περίπου, πριν 13,75 δισεκατομμύρια χρόνια, θα πρέπει να είχε δημιουργήσει ύλη και αντιύλη σε ίσες, ισοδύναμες αναλογίες. Σύμφωνα με την καλύτερη θεωρία που έχουμε για την εξήγηση του σύμπαντος, κανένα από τα πράγματα που βλέπουμε γύρω μας στο χώρο δεν θα έπρεπε να υπάρχει.

Όλοι οι αστρονόμοι συμφωνούν ότι κάτι συνέβη κατά τις πρώτες ημέρες του Κόσμου, ένα γεγονός που επέτρεψε στην ύλη να βγει νικητής στον αγώνα της κατά της αντιύλης. Διαφορετικά, οι δύο θα πρέπει να είχαν ‘εκμηδενίσει’ η μία την άλλη, μην αφήνοντας μέσα το σύμπαν τίποτα.

Ο Mark Hadley λοιπόν αναφέρει ότι η συστροφή του πλαισίου αναφοράς του χωροχρόνου και η διαστολή του χρόνου θα μπορούσαν να εξηγήσει το γιατί η ύλη και η αντιύλη αποσυντίθενται (διασπώνται) με διαφορετικούς ρυθμούς. Αυτό, πιστεύει, πως θα μπορούσε να οφείλεται στο γεγονός ότι τα σωματίδια απλά αντιδρούν διαφορετικά στα δύο φαινόμενα που περιγράφει η Γενική Σχετικότητα.

“Αυτές οι [ασυμμετρίες] έχουν μετρηθεί, αλλά ποτέ δεν εξηγήθηκαν. Η έρευνα δείχνει ότι τα πειραματικά αποτελέσματα που βρίσκουμε στα εργαστήριά μας είναι μια συνέπεια της γαλαξιακής περιστροφής, η οποία έχει σαν αποτέλεσμα να συστρέφει τον τοπικό μας χωροχρόνο”, εξηγεί ο Mark Hadley.

"Αν αυτό φανεί να είναι σωστό τότε η φύση θα είναι βασικά συμμετρική. Η παραβίαση CP θεωρείται σαν το κλειδί για την ερμηνεία της ασυμμετρίας της ύλης στο Σύμπαν, αλλά η μετρούμενη παραβίαση CP είναι ανεπαρκής για να εξηγήσει το Σύμπαν που βλέπουμε σήμερα”, προσθέτει.


Ο Γαλαξίας μας όπως φαίνεται από τη Γη

Αντί λοιπόν να χρησιμοποιήσει τις CP παραβιάσεις ορισμένων σωματιδίων, ο Hadley πρότεινε να χρησιμοποιηθεί η ιδιοπεριστροφή των μεγάλων δομών που σχηματίστηκαν στις απαρχές του Σύμπαντος, ως σημείο εκκίνησης. Αυτά τα αντικείμενα περιλαμβάνουν τους πρώτους γαλαξίες, που οι παρατηρήσεις τους έδειξαν ότι αναπτύχθηκαν μόλις μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang.

"Αυτή η ριζοσπαστική πρόβλεψη είναι ελέγξιμη με τα δεδομένα που έχουν ήδη συγκεντρωθεί στο CERN και το BaBar, ψάχνοντας για αποτελέσματα που να είναι ασύμμετρα προς την κατεύθυνση που περιστρέφεται ο Γαλαξίας," γράφει ο Hadley στο επιστημονικό περιοδικό Europhysics Letters.

Το πείραμα BaBar έχει εγκατασταθεί στον γραμμικό επιταχυντή SLAC του Στάνφορντ. Μαζί με τον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), που λειτουργεί στο CERN της Γενεύης, μελετά παραβιάσεις CP σε στοιχειώδη σωματίδια.

Τέλος, η εργασία αυτή μπορεί να ρίξει περισσότερο φως στο ποιά από τα φαινόμενα μπορεί να είναι υπεύθυνα για την ασυμμετρία ύλης/αντιύλης. Ο δε LHC, ως ο μεγαλύτερος επιταχυντής σωματιδίων στον κόσμο, είναι μοναδικά εξοπλισμένος για να διεξαγάγει τέτοιες έρευνες.

Τι είναι η συμμετρία CP

Η συμμετρία CP σημαίνει ότι αντιστρέφουμε πρώτα το φορτίο των σωματιδίων (ο όρος "C") και εν συνεχεία αλλάζουμε στα σωματίδια το αριστερόστροφο σπιν τους και το μετατρέπουμε σε δεξιόστροφο σπιν (ο όρος "P") και αντίστροφα. Αν τώρα τα νέα σωματίδια που θα προκύψουν συμπεριφέρονται κατά τον ίδιο τρόπο με τα παλιά, τότε οι νόμοι της Φυσικής είναι αναλλοίωτοι στην CP μεταβολή.