Μια νέα επιστημονική εξέλιξη από το CERN φέρνει τους φυσικούς πιο κοντά σε έναν σχεδόν ανεξερεύνητο κόσμο, όπου ενδέχεται να κρύβονται άγνωστα σωματίδια και στοιχεία που θα βοηθήσουν στην κατανόηση των μεγαλύτερων μυστηρίων του Σύμπαντος. Ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, εντόπισε ενδείξεις μιας εξαιρετικά σπάνιας διάσπασης υποατομικού σωματιδίου, για την οποία οι επιστήμονες αναζητούσαν στοιχεία εδώ και περισσότερες από τέσσερις δεκαετίες.
Το εύρημα προέκυψε από το πείραμα LHCb, στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων (LHC), την τεράστια επιστημονική εγκατάσταση που βρίσκεται στα σύνορα Ελβετίας και Γαλλίας. Εκεί, οι ερευνητές προκαλούν συγκρούσεις σωματιδίων σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, με στόχο να μελετήσουν τα μικροσκοπικά συστατικά της ύλης και τους νόμους που διέπουν τη λειτουργία του Σύμπαντος.
Η νέα έρευνα, τα αποτελέσματα της οποίας παρουσιάστηκαν στις 3 Νοεμβρίου, στρέφει το ενδιαφέρον σε μια περιοχή που οι επιστήμονες αποκαλούν «zeptoverse» ή «ζεπτοσύμπαν». Πρόκειται για έναν κόσμο ασύλληπτα μικρών αποστάσεων, πολύ πέρα από την κλίμακα που μπορούμε να αντιληφθούμε στην καθημερινότητά μας. Η εξερεύνησή του ενδέχεται να αποκαλύψει στοιχεία για σωματίδια που δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί και να προσφέρει νέες κατευθύνσεις στην έρευνα για τη σκοτεινή ύλη.
Η ανακάλυψη που αναζητούσαν οι επιστήμονες από το 1984
Στο επίκεντρο της έρευνας βρίσκεται το πείραμα LHCb, το οποίο μελετά τη συμπεριφορά ασταθών σωματιδίων που περιέχουν τα λεγόμενα «κουάρκ ομορφιάς». Τα σωματίδια αυτά έχουν εξαιρετικά μικρή διάρκεια ζωής: ορισμένα διασπώνται μόλις 1,5 τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου μετά τη δημιουργία τους.
Η ερευνητική ομάδα κατάφερε να εντοπίσει ενδείξεις ότι ένα συγκεκριμένο σωματίδιο, το μεσόνιο B⁰, διασπάται σε δύο άλλα σωματίδια, ένα μιόνιο και ένα αντιμιόνιο. Πρόκειται για μια διαδικασία εξαιρετικά δύσκολο να παρατηρηθεί, καθώς, σύμφωνα με τις προβλέψεις, συμβαίνει περίπου μία φορά ανά 10 δισεκατομμύρια τέτοια σωματίδια.
Η συγκεκριμένη διάσπαση βρίσκεται στο μικροσκόπιο των φυσικών από το 1984, χωρίς να έχει καταστεί δυνατή η σαφής παρατήρησή της μέχρι σήμερα. Η αναβάθμιση του πειράματος LHCb το 2024, σε συνδυασμό με πιο προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας και ανάλυσης δεδομένων, έδωσε στους ερευνητές τη δυνατότητα να εντοπίσουν ένα εξαιρετικά αδύναμο σήμα μέσα στον τεράστιο όγκο πληροφοριών που παράγουν οι συγκρούσεις σωματιδίων.
Για να καταλήξουν στο αποτέλεσμα, οι επιστήμονες συνδύασαν μετρήσεις από το 2024 και το 2025 με παλαιότερα δεδομένα της περιόδου 2011-2018. Η στατιστική σημαντικότητα του ευρήματος έφτασε τα 3,2 σίγμα. Με απλά λόγια, πρόκειται για ισχυρές ενδείξεις ότι η συγκεκριμένη διάσπαση συμβαίνει, χωρίς όμως να έχει επιτευχθεί ακόμη το επίπεδο βεβαιότητας που απαιτείται για την επίσημη επιβεβαίωση μιας ανακάλυψης στη σωματιδιακή φυσική.
Τι είναι το μυστηριώδες «zeptoverse»;
Ο όρος «zeptoverse» περιγράφει έναν υποατομικό κόσμο που βρίσκεται σε κλίμακες απειροελάχιστων αποστάσεων. Η χαρακτηριστική μονάδα του είναι το ζεπτόμετρο, που αντιστοιχεί σε ένα τρισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του μέτρου (10⁻²¹ μέτρα).
Σε αυτές τις κλίμακες, οι φυσικοί εκτιμούν ότι μπορεί να εμφανίζονται επιδράσεις από σωματίδια και αλληλεπιδράσεις που δεν έχουν ακόμη εντοπιστεί. Ακόμη και αν τέτοια σωματίδια δεν μπορούν να παραχθούν άμεσα στις συγκρούσεις του επιταχυντή, ενδέχεται να επηρεάζουν έμμεσα τη συμπεριφορά άλλων σωματιδίων μέσω κβαντικών φαινομένων.
Αυτό ακριβώς προσπαθούν να εντοπίσουν οι επιστήμονες: πιθανές αποκλίσεις ανάμεσα στα πειραματικά αποτελέσματα και στις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου, δηλαδή της θεωρίας που περιγράφει τα γνωστά θεμελιώδη σωματίδια και τις βασικές αλληλεπιδράσεις τους.
Εάν στο μέλλον καταγραφούν τέτοιες αποκλίσεις, θα μπορούσαν να αποτελέσουν ενδείξεις για την ύπαρξη νέων σωματιδίων ή άγνωστων φυσικών φαινομένων.
Η αναζήτηση της σκοτεινής ύλης
Ένα από τα μεγαλύτερα ερωτήματα που παραμένουν αναπάντητα στη σύγχρονη φυσική αφορά τη σκοτεινή ύλη. Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι αποτελεί σημαντικό μέρος της συνολικής ύλης του Σύμπαντος, ωστόσο δεν έχει παρατηρηθεί άμεσα, καθώς δεν εκπέμπει ούτε αντανακλά φως με τρόπο που να μπορεί να ανιχνευθεί.
Η ύπαρξή της γίνεται αντιληπτή κυρίως μέσα από τη βαρυτική επίδραση που ασκεί στη συνηθισμένη ύλη και στην κίνηση των γαλαξιών. Παρά τις πολυετείς έρευνες, η πραγματική της σύσταση εξακολουθεί να αποτελεί ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της επιστήμης.
Οι νέες μετρήσεις στο CERN δεν αποκαλύπτουν τη σκοτεινή ύλη, ενδέχεται όμως να συμβάλουν στην αναζήτηση νέων σωματιδίων που θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην εξήγηση της φύσης της. Για τους φυσικούς, κάθε εξαιρετικά ακριβής παρατήρηση αποτελεί ένα ακόμη κομμάτι στο παζλ της κατανόησης του Σύμπαντος.
«Χτυπάμε την πόρτα του zeptoverse», λένε οι επιστήμονες
Ο επικεφαλής της ανάλυσης, δρ Χάρι Κλιφ από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, περιέγραψε τη σημασία των νέων αποτελεσμάτων με μια χαρακτηριστική φράση: «Χτυπάμε πλέον την πόρτα του zeptoverse».
Όπως εξήγησε, οι πρόσφατες μετρήσεις προσφέρουν στους επιστήμονες έναν νέο τρόπο να αναζητήσουν φαινόμενα που ενδέχεται να βρίσκονται πέρα από τα όρια της σημερινής γνώσης. Το επόμενο βήμα, σύμφωνα με τον ίδιο, είναι να συγκεντρωθούν ακόμη περισσότερα δεδομένα, ώστε οι ερευνητές να μπορέσουν να εξετάσουν σε μεγαλύτερο βάθος τι μπορεί να κρύβεται σε αυτές τις ακραία μικρές κλίμακες.
«Αυτό που θέλουμε τώρα είναι να μπούμε, να εξερευνήσουμε και να ανακαλύψουμε ποια νέα σωματίδια μας περιμένουν εκεί. Και για να το κάνουμε αυτό, χρειαζόμαστε περισσότερα δεδομένα», ανέφερε, σύμφωνα με το BBC.
Παρά τον ενθουσιασμό που προκαλούν τα αποτελέσματα, οι επιστήμονες επισημαίνουν ότι δεν έχει ακόμη εντοπιστεί κάποιο νέο σωματίδιο ούτε έχει αποδειχθεί η ύπαρξη της σκοτεινής ύλης. Οι μετρήσεις που έχουν γίνει μέχρι στιγμής παραμένουν συμβατές με τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Προτύπου.
Το επόμενο διάστημα και η συγκέντρωση νέων πειραματικών δεδομένων θα είναι καθοριστικά. Γιατί, μπορεί οι επιστήμονες να μην έχουν περάσει ακόμη την «πόρτα» αυτού του άγνωστου κόσμου, έχουν όμως πλέον έναν νέο τρόπο να αναζητήσουν τι βρίσκεται πίσω της.
