Science Wiki
Advertisement

Ρήξις Συμμετρίας

Symmetry Breaking, σπασμένη συμμετρία


Ρήξη Συμμετρίας

Ρήξη Συμμετρίας

Ρήξη Συμμετρίας

Ρήξη Συμμετρίας

Ρήξη Συμμετρίας Κυτταρολογία

Ρήξη Συμμετρίας

Ρήξη Συμμετρίας Κυτταρολογία

Ρήξη Συμμετρίας Κυτταρολογία

Θραύση Συμμετρίας

Θραύση ΣυμμετρίαςΙσορροπία

Θραύση ΣυμμετρίαςΙσορροπία

Αυθόρμητη Ρήξη Συμμετρίας

- Ένα Φυσικό Φαινόμενο.

Ετυμολογία[]

Η ονομασία "Ρήξη Συμμετρίας" σχετίζεται ετυμολογικά με την λέξη "ρήξη".

Εισαγωγή[]

Στην πραγματικότητα, όλα τα συστατικά του Σύμπαντος προέρχονται από την ρήξη συμμετριών.

Η πρώτη ρήξη συμμετρίας θεωρείται ότι πραγματοποιήθηκε αμέσως μετά το Big Bang, πριν περίπου 13,7 δισεκατομμύρια έτη, όταν οι ποσότητες της δημιουργηθείσας αντιύλης και κανονική ύλης ήταν ίσες.

Η συνάντηση μεταξύ αυτών των δύο είναι μοιραία και για τις δύο, καθόσον επέρχεται η εξαΰλωσή τους και αυτό που απομένει είναι ακτινοβολία.

Είναι προφανές, όμως, ότι η ύλη κέρδισε τον αγώνα επί της αντιύλης, αλλιώς η Ανθρωπότητα δεν θα υπήρχε για να το παρατηρήσει.

Αλλά η παρατηρούμενη Πραγματικότητα οφείλει την ύπαρξή της σε μία πολύ μικρή απόκλιση από την τέλεια συμμετρία, που φαίνεται ότι ήταν αρκετή (υπολογίζεται σε ένα επιπλέον σωματίδιο της ύλης για κάθε δέκα δισεκατομμύρια αντισωματίδια αντιύλης) για να επιβιώσει ο Κόσμος στην σημερινή του μορφή. Αυτή η μικρή υπέρβαση της ύλης έναντι της αντιύλης ήταν η αιτία γένεσης ολόκληρου του Σύμπαντος, το οποίο συμπληρώνεται με Γαλαξίες, Αστέρες και Πλανήτες. Όμως, ο μηχανισμός που κρύβεται πίσω από αυτή την παραβίαση της συμμετρίας του Σύμπαντος είναι ακόμα ένα μεγάλο μυστήριο και ενεργό πεδίο της έρευνας της Φυσικής.

Μια ανεξήγητη διάσπαση της συμμετρίας κατά τη γέννηση του Σύμπαντος. Στο Big Bang, αν και είχε δημιουργηθεί τόση ύλη όση και αντιύλη, εξαυλώθηκαν κατά την επαφή τους. Όμως, η μικροσκοπική υπεροχή της ύλης (1 σωματίδιο ύλης για κάθε 10 δισεκατομμύρια σωματίδια αντιύλης) ήταν αρκετή για να υπερισχύσει η ύλη έναντι της αντιύλης. Αυτή η περίσσεια της ύλης γέμισε το Σύμπαν με Γαλαξίες, Αστέρες, Πλανήτες και έμβια όντα.

Φυσικοί Νόμοι[]

Τις τελευταίες δεκαετίες η Φυσική έχει επικεντρωθεί στην εξεύρεση των φυσικών νόμων που είναι κρυμμένοι μέσα στα φαινόμενα που παρατηρούνται από τον άνθρωπο. Οι νόμοι της Φύσης θα πρέπει να είναι απόλυτα συμμετρικοί και απόλυτοι. Θα πρέπει να ισχύουν για όλο το Σύμπαν. Η προσέγγιση αυτή φαίνεται αληθινή για τις περισσότερες περιπτώσεις, αλλά δεν ισχύει πάντοτε. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι διαρρηγμένες συμμετρίες έγιναν αντικείμενο της έρευνας όσο και οι ίδιες συμμετρίες, που όμως δεν είναι και τόσο αξιοπρόσεκτες γιατί θεωρούμε τον Κόσμο μας ασύμμετρο, ενώ πιστεύουμε ότι η τέλεια συμμετρία είναι σπάνια και ιδεατή.

Συμμετρίες[]

Οι διάφοροι τύποι των συμμετριών και οι θραυσμένες συμμετρίες είναι μέρος της καθημερινής ζωής. Το γράμμα A δεν αλλάζει όταν το παρατηρούμε σε έναν καθρέπτη, ενώ το γράμμα Ζ σπάει αυτή τη συμμετρία. Από την άλλη το Z φαίνεται το ίδιο όταν το στρέψετε ανάποδα (το άνω γίνεται κάτω), αλλά αν το κάνετε το ίδιο στο γράμμα Α, η συμμετρία του θα σπάσει.

Η βασική θεωρία για τα στοιχειώδη σωματίδια περιγράφει τρεις διαφορετικές αρχές της συμμετρίας:

Στη γλώσσα της φυσικής, η συμμετρία κατόπτρου ονομάζεται P, από το parity, η συμμετρία φορτίου C από το charge και η συμμετρία χρόνου T από το Time.

Κατοπτρική Συμμετρία[]

Είναι σπασμένη στην αριστερή εικόνα, ενώ παραμένει ίδια στη δεξιά εικόνα, όπου είναι αδύνατο να αποφασίσεις αν η λέξη είναι στον δικό σου κόσμο ή του κατόπτρου.

Στην συμμετρία κατόπτρου, κάθε περίπτωση θα πρέπει να παρουσιαστεί ακριβώς με τον ίδιο τρόπο είτε τα βλέπουμε κατευθείαν είτε από κάτοπτρο. Αυτά διατηρούνται στην εικόνα με τη σωστή διάταξη, γι αυτό και δεν καταλαβαίνουμε αν τα βλέπουμε άμεσα ή μέσα σε ένα κάτοπτρο. Και ασφαλώς δεν υπάρχει καμία διαφορά μεταξύ αριστερού και δεξιού.

Φορτιακή Συμμετρία[]

Η συμμετρία φορτίου αναφέρει ότι σωματίδια θα πρέπει να συμπεριφέρονται ακριβώς όπως και τα alter egos τους, τα αντισωματίδια τους, το οποίο έχει ακριβώς τις ίδιες ιδιότητες αλλά με αντίθετο Ηλεκτρικό Φορτίο.

Χρονική Συμμετρία[]

Και σύμφωνα με την συμμετρία χρόνου, τα φυσικά γεγονότα, σε μικροσκοπικό επίπεδο θα πρέπει να είναι εξίσου ανεξάρτητα, είτε συμβαίνουν εμπρός ή πίσω στο χρόνο.

Νόμοι Διατήρησης[]

Οι συμμετρίες δεν έχουν μόνο αισθητική αξία στη φυσική. Απλοποιούν πολλούς δυσάρεστους υπολογισμούς και, συνεπώς, διαδραματίζουν αποφασιστικό ρόλο για τη μαθηματική περιγραφή του Μικρόκοσμου.

Ένα ακόμη πιο σημαντικό γεγονός είναι ότι αυτές οι συμμετρίες εμπλέκουν ένα μεγάλο αριθμό νόμων της διατήρησης στο επίπεδο των σωματιδίων. Για παράδειγμα, υπάρχει ένας νόμος που λέει ότι η ενέργεια δεν μπορεί να χαθεί στις συγκρούσεις μεταξύ των σωματιδίων, αυτή θα πρέπει να παραμείνει η ίδια πριν και μετά τη σύγκρουση, κάτι που είναι εμφανές από την συμμετρία των εξισώσεων που περιγράφουν τις συγκρούσεις των σωματιδίων. Ή υπάρχει ο νόμος της διατήρησης των ηλεκτρικών φορτίων που είναι σχετικός με την συμμετρία στην Ηλεκτρομαγνητική Θεωρία.

Ιστορία[]

Στα μέσα του 20ου αιώνα όταν εμφανίστηκε για πρώτη φορά η σπασμένη συμμετρία στις μελέτες των βασικών αρχών της ύλης. Ως εκείνη τη στιγμή οι φυσικοί πίστευαν ότι θα μπορούσαν να επιτύχουν το μεγαλύτερο τους όνειρο (την συνένωση όλων των Θεμελιώδης Αλληλεπίδραση|Αλληλεπιδράσεων]] της Φύσης), καθώς και όλων των σωματιδίων (από τα πιο μικρά έως τα πιο μεγάλα) σε μια ενιαία θεωρία.

Όμως, η Σωματιδιακή Φυσική γινόταν όλο και πιο περίπλοκη. Οι νέοι επιταχυντές που κατασκευάσθηκαν μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο δημιουργούσαν μια πρωτοφανή σταθερή ροή των σωματιδίων.

Τα περισσότερα πειραματικά αποτελέσματα δεν συμβάδιζαν με τα γνωστά μοντέλα της Φυσικής της εποχής εκείνης που συνοψιζόταν στα εξής πορίσματα:

Βαθύτερες έρευνες αποκάλυψαν ότι τα πρωτόνια και τα νετρόνια δομούνταν από τρία κυρκόνια (quarks).

Μέσα στην ύλη: Μόριο, άτομο, πυρήνας, πρωτόνια/νετρόνια, κουάρκ

Τα στοιχειώδη σωματίδια

Δομή της Ύλης[]

Τα λεπτόνια (ηλεκτρόνια, μιόνια, ταυόνια και νετρίνα) μαζί με τα κυρκόνια (quarks) είναι τα μικρότερα δομικά στοιχεία της ύλης. Επίσης, μέσα στην ύλη υπάρχουν τρεις δυνάμεις (ασθενής, ισχυρή και ηλεκτρομαγνητική) καθώς και οι φορείς τους ή διαδότες (φωτόνιο, βοσόνια W και Z, και τέλος τα γλοιόνια). Είναι το στάνταρτ μοντέλο της σωματιδιακής φυσικής που ενώνει όλα τα στοιχειώδη σωματίδια της ύλης καθώς και τις 3 από τις 4 δυνάμεις. Βλέπουμε ότι όλα τα γνωστά σωματίδια της ύλης (νετρόνια και πρωτόνια) είναι χτισμένα με σωματίδια από την πρώτη οικογένεια, τα άλλα σωματίδια ζουν για πολύ σύντομο χρονικό διάστημα. Για να ολοκληρωθεί το μοντέλο είναι απαραίτητο ένα νέο σωματίδιο - το σωματίδιο Higgs - που η κοινότητα των φυσικών ελπίζει να το βρει στο νέο επιταχυντή LHC στο CERN της Γενεύης. Μόνο αυτό θέλουμε για να μπουν όλα τα κομμάτια του puzzle στη θέση τους.

Τα πάντα ελέγχονται από τις δυνάμεις. Το καθιερωμένο μοντέλο, τουλάχιστον για την ώρα, περιλαμβάνει τρεις από τις τέσσερεις θεμελιώδεις δυνάμεις της Φύσης μαζί με τους διαδότες ή φορείς, που είναι σωματίδια που μεταφέρουν την αλληλεπίδραση μεταξύ των στοιχειωδών σωματιδίων. Ο διαδότης της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης είναι το φωτόνιο με μηδενική μάζα, της ασθενούς πυρηνικής δύναμης (που είναι υπεύθυνη για τη ραδιενεργό αποσύνθεση) είναι τρία μποζόνια W και Z, ενώ ο διαδότης της ισχυρής πυρηνικής δύναμης είναι τα γλοιόνια, τα οποία διατηρούν σταθερό τον πυρήνα του ατόμου

Η τέταρτη δύναμη, η οποία είναι υπεύθυνη για την διατήρηση των αντικειμένων σε επαφή στο έδαφος, ακόμη δεν έχει ενσωματωθεί στο μοντέλο και αυτό δημιουργεί τεράστια πρόκληση για τους φυσικούς.

Ρήξη Κατοπτρικής Συμμετρίας[]

Το Καθιερωμένο Σωματιδιακό Πρότυπο είναι μια σύνθεση όλων των γνώσεων για τα πιο εσώτερα τμήματα της ύλης, που έχουν συλλέξει οι φυσικοί κατά τη διάρκεια του τελευταίου αιώνα.

Η θεωρητική του βάση αποτελείται από τις αρχές συμμετρίας της κβαντικής φυσικής και τη θεωρία της σχετικότητας, ενώ έχει δοκιμαστεί σε αμέτρητες δοκιμές.

Αλλά προτού η εικόνα ξεκαθαρίσει, μια σειρά από κρίσεις που σημειώθηκαν απειλούν αυτή την ισορροπημένη κατασκευή.

Αυτές οι κρίσεις σχετίζονται με το γεγονός ότι οι φυσικοί είχαν υποθέσει ότι οι νόμοι της συμμετρίας ισχύουν για τον λιλιπούτειο κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων.

Αλλά αυτό, αποδείχθηκε, δεν ήταν εξ ολοκλήρου μία υπόθεση. Η πρώτη έκπληξη ήρθε το 1956, όταν δύο Κινεζο-αμερικανοί θεωρητικοί, οι Tsung Dao Lee και Chen Ning Yang (έλαβαν το Νόμπελ το έτος 1957) αμφισβήτησαν τη συμμετρία κατόπτρου (P συμμετρία) στην ασθενή πυρηνική δύναμη. Μέχρι τότε πιστεύαμε ότι η Φύση εκτιμούσε τη συμμετρία κατόπτρου, όπως και τις άλλες αρχές της συμμετρίας, και ήταν μια πραγματικότητα.

Πρέπει να επανεκτιμήσουμε παλιές αρχές του κβαντική κόσμου, όπου υπάρχουν τα στοιχειώδη σωματίδια, ισχυρίστηκαν οι Lee και Yang. Αυτοί πρότειναν μια σειρά πειραμάτων για να εξετάσουν τη συμμετρία κατόπτρου. Και όντως, λίγους μόνο μήνες μετά η διάσπαση του πυρήνα του ραδιενεργού στοιχείου κοβάλτιο- 60, μας αποκάλυψε ότι δεν ακολούθησε τις αρχές της συμμετρίας κατόπτρου. Η συμμετρία έσπασε όταν τα ηλεκτρόνια που εξήλθαν από τον πυρήνα του κοβαλτίου προτίμησαν μία κατεύθυνση αντί για την άλλη. Ήταν σαν να ήσασταν μπροστά από το Κεντρικό Σταθμό και βλέπετε την πλειοψηφία των ανθρώπων να στρίβει αριστερά από το σταθμό.

Ρήξη CP Συμμετρίας[]

Είναι δυνατόν, οι συμμετρίες κατόπτρου και φορτίου να σπάνε χωριστά αλλά και οι δύο μαζί, αυτό που ονομάζεται συμμετρία CP, σίγουρα δεν σπάνε ταυτόχρονα. Η κοινότητα των φυσικών παρηγορήθηκε με την ιδέα ότι αυτή η συμμετρία παραμένει αδιάρρηκτη. Οι νόμοι της φύσης, πίστευαν οι φυσικοί, δεν θα αλλάξει αν στον κατοπτρικό κόσμο της ύλης, άλλαζε η ύλη με αντιύλη.

Αυτό επίσης σημαίνει ότι αν συναντηθείς με έναν εξωγήινο, δεν θα έπρεπε με ουδένα τρόπο να αναρωτηθείς εάν ο εξωγήινος ήρθε από τον Κόσμο μας ή από τον αντι-Κόσμο. Αν τον αγκάλιαζες θα είχε έτσι ή αλλιώς καταστροφική συνέπεια. Μόνο μια φούσκα ενέργειας θα μπορούσε να απομείνει με την πρώτη σας επαφή, λόγω της εξαύλωσης και των δύο σας.

Έτσι, ήταν ίσως καλύτερα που η ασθενής δύναμη είδε το φως της δημοσιότητας και πάλι το 1964. Μια νέα παραβίαση των νόμων της συμμετρίας κατά τη ραδιενεργό διάσπαση του παράξενου σωματιδίου, που ονομάζεται καόνιο (απονεμήθηκε γι αυτό Νόμπελ στους James Cronin και Val Fitch το 1980). Ένα μικρό κλάσμα των καονίων δεν ακολούθησε τις συνηθισμένες συμμετρίες κατόπτρου και φορτίου. Αυτά τα λίγα καόνια έσπασαν τη διπλή CP συμμετρία και έτσι αμφισβητήθηκε όλη η δομή της θεωρίας.

Αυτή η ανακάλυψη για την αναπάντεχη πορεία μερικών καονίων, σας προσφέρει μια σωτηρία σχετικά με τη συνάντηση σας με τον εξωγήινο. Θα μπορούσατε να τον ψάξετε προσεκτικά πριν σας αγκαλιάσει ο εξωγήινος, για να διαπιστώσετε αν είναι φτιαγμένος από την ίδια ύλη, όπως εμείς ή από αντιύλη.

Αγκαλιά με τον εξωγήινο; Περιμένετε μέχρις ότου ξεκαθαριστεί πρώτα η συμμετρία! Αν ο εξωγήινος αποτελείται από αντιύλη, τότε μια επαφή μαζί του θα σας οδηγήσει σε εξαύλωση αφήνοντας πίσω σας μια ακτινοβολία.

Το πρώτο πρόσωπο που επισήμανε την αποφασιστική σημασία της σπασμένης συμμετρίας για την γένεση του Κόσμου ήταν ο Ρώσος φυσικός και κάτοχος του Νόμπελ Ειρήνης Αντρέι Ζαχάρωφ. Το 1967, έθεσε τρεις προϋποθέσεις για τη δημιουργία ενός Κόσμου όπως ο δικός μας, άδειο από αντιύλη.

  • Πρώτον, ότι οι νόμοι της φυσικής κάνουν διάκριση μεταξύ της ύλης και της αντιύλη, που στην ουσία ανακαλύφθηκε με τη σπασμένη συμμετρία CP.
  • Δεύτερον, ότι το Σύμπαν προέρχεται από ένα καυτό Big Bang.
  • Και τρίτον, ότι τα πρωτόνια στον πυρήνα κάθε ατόμου διασπάται. Η προϋπόθεση αυτή μπορεί να οδηγήσει στο τέλος του Κόσμου, δεδομένου ότι συνεπάγεται ότι όλη η ύλη μπορεί τελικά να εξαφανιστεί. Μέχρι σήμερα, ωστόσο, αυτή η προϋπόθεση δεν έχει βρεθεί, ενώ πειράματα έχουν δείξει ότι τα πρωτόνια παραμένουν σταθερά για 1033 έτη, ή 10 τρισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη περίοδος από την ηλικία του σύμπαντος, που είναι ελαφρώς πάνω από 1010 έτη.

Και ακόμη δεν υπάρχει κανείς που να ξέρει πως έγινε η αλυσίδα γεγονότων του Ζαχάρωφ στις απαρχές του σύμπαντος.

Ερμηνεία της ρήξης συμμετρίας[]

Είναι δυνατόν, οι συνθήκες του Ζαχάρωφ τελικά να ενσωματωθούν στο Καθιερωμένο Σωματιδιακό Μοντέλο της Φυσικής. Και εν συνεχεία θα μπορούσε έτσι να εξηγηθεί το πλεόνασμα της κανονικής ύλης που δημιουργήθηκε κατά τη γέννηση του Σύμπαντος.

Αυτό, όμως, απαιτεί πολύ μεγαλύτερη παραβίαση της συμμετρίας από όσο η διπλά σπασμένη CP Συμμετρία, που βρήκαν στο πείραμα με το καόνιο οι Cronin και Fitch.

Ωστόσο, χρειαζόταν μια ερμηνεία και το σημαντικά μικρότερο σπάσιμο της συμμετρίας CP των καονίων. Αλλιώς, θα μπορούσε να απειληθεί όλο το Καθιερωμένο Σωματιδιακό Μοντέλο. Το ερώτημα του γιατί οι συμμετρίες σπάνε ήταν ένα μυστήριο που παρέμεινε μέχρι το 1972, όταν δύο νέοι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Κιότο, οι Makoto Kobayashi και Toshihide Maskawa, που ήταν καλοί γνώστες στους υπολογισμούς της Κβαντικής Φυσικής, βρήκαν τη λύση σε χρησιμοποιώντας μία μήτρα 3 x 3.

Πώς γίνεται αυτή η διπλή διάσπαση της συμμετρίας; Κάθε καόνιο αποτελείται από ένα παράδοξο (strange) κυρκόνιο (quark) και ένα down αντικυρκόνιο (antiquark). Η Ασθενής Αλληλεπίδραση τα αναγκάζει να αλλάζουν την ταυτότητα τους συνεχώς:

  • το κυρκόνιο (quark) γίνεται αντικυρκόνιο (antiquark) ενώ
  • το αντικυρκόνιο (antiquark) γίνεται κυρκόνιο (quark), μετατρέποντας έτσι το καόνιο σε αντικαόνιο. Με τον τρόπο αυτό το καόνιο μεταστρέφεται σε αντικαόνιο και αυτό πάλι σε καόνιο. Όμως αν κατά την διαδιασίας μεταλλαγής υπάρξουν ορισμένες συνθήκες θα σπάσει η συμμετρία μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Οι Kobayashi και Maskawa υπολόγισαν την μήτρα που περιέχει πιθανότητες για να περιγράψουν πως γίνεται η μετατροπή του κυρκόνιου (quark).


Η Κβαντική Φυσική είναι αυτή που βρίσκεται πίσω από αυτή την περίεργη μετατροπή του καονίου. Ένα καόνιο (αποτελείται από ένα strange και ένα αντι-down κουάρκ) μπορεί να αλλάξει σε ένα σωματίδιο που να είναι ή το ίδιο το καόνιο ή το αντικαόνιο, από το καόνιο στο αντι-καόνιο και αντιστρόφως. Όλες οι γνωστές οικογένειες των κυρκόνιων (quarks) σήμερα πρέπει να συμβάλλουν σε αυτή τη διαδικασία, όπου σε μερικές περιπτώσεις η συμμετρία θα σπάσει. Η εξήγηση για το πώς συμβαίνει αυτό έδωσαν οι νομπελίστες του 2008 Koboyashi και Maskawa.

Αποδείχθηκε ότι τα κυρκόνια (quarks) και αντικουάρκ αντάλλαζαν την ταυτότητα τους μέσα στην ίδια τη οικογένεια (top/αντι-top κλπ).

Αν αυτή η ανταλλαγή της ταυτότητας με διπλή διάσπαση της συμμετρίας ήταν να διεξαχθεί μεταξύ ύλης και αντιύλης, ήταν απαραίτητο να συμμετάσχει ακόμη μια οικογένεια κουάρκ εκτός από τις άλλες δύο. Αυτή όμως ήταν μια τολμηρή ιδέα, και το Καθιερωμένο Μοντέλο την πήρε σοβαρά υπ' όψιν του αυτή την ιδέα για το νέο κυρκόνιο (quark), που εμφανίστηκε, όπως προέβλεψαν οι φυσικοί στα πειράματα λίγο αργότερα.

Τα μεσόνια 'μεσίτες' προσφέρουν την απάντηση

Είναι δυνατόν, η εξήγηση της διάσπασης της CP-συμμετρίας παρέχει επίσης ένα λόγο ύπαρξης για τη δεύτερη και την τρίτη οικογένεια σωματιδίων. Αυτές ομοιάζουν με την πρώτη οικογένεια, από πολλές απόψεις, αλλά είναι τόσο βραχύβια που δεν μπορούν να σχηματίσουν τίποτα που να διαρκεί στον κόσμο μας. Υπάρχει η πιθανότητα ότι αυτά τα ιδιότροπα σωματίδια εκπλήρωσαν τις πιο σημαντικές λειτουργίες τους στις απαρχές του Χρόνου, όταν η παρουσία τους εξασφάλισε την σπασμένη συμμετρία, όταν η ύλη κέρδισε τον αγώνα έναντι της αντιύλης. Πώς η Φύση έλυσε αυτό το πρόβλημα είναι, όπως προαναφέρθηκε, κάτι που δεν γνωρίζουμε ακόμη λεπτομερώς. Η σπασμένη συμμετρία πρέπει να αναπαράγεται πολλές, πολλές φορές, για να δημιουργήσει όλη την ύλη, γεγονός που δημιούργησε μεταξύ των άλλων και τους διάσπαρτους Αστέρες που παρατηρούμε στον Ουράνιο Θόλο.

Η θεωρία των Kobayashi Maskawa ανέφερε επίσης ότι θα πρέπει να είναι δυνατό να μελετηθεί μια σημαντική παραβίαση της συμμετρίας στα σωματίδια Β-μεσόνια, που είναι δέκα φορές βαρύτερα από όσο τα τα καόνια. Ωστόσο, η διάσπαση της συμμετρίας παρουσιάζεται εξαιρετικά σπάνια στα B-μεσόνια, γι αυτό και απαιτούνται τεράστιες ποσότητες από τα σωματίδια αυτά για να βρεθούν μερικά μόνο που να σπάει η συμμετρία. Δύο γιγάντιες κατασκευές φιλοξενούν τους ανιχνευτές σωματιδίων BaBar στον επιταχυντή SLAC του Στάνφορντ και το Belle στον επιταχυντή KEK στην Ιαπωνία, όπου παράγονται περισσότερα από ένα εκατομμύριο B-μεσόνια την ημέρα, προκειμένου να παρακολουθήσουν την διάσπαση τους λεπτομερώς. Ήδη από το 2001, δύο ανεξάρτητα πειράματα επιβεβαίωσαν την παραβίαση της συμμετρίας στα B-μεσόνια, ακριβώς όπως είχε προβλέψει το μοντέλο των Kobayashi και Maskawa σχεδόν 30 έτη ενωρίτερα.

Αυτό σήμαινε την ολοκλήρωση του Καθιερωμένου Μοντέλου, που έχει δώσει ικανοποιητικά αποτέλεσμα καλά επί πολλά έτη. Σχεδόν όλα τα χαμένα κομμάτια του puzzle έχουν τοποθετηθεί στην θέση τους, σε συμφωνία με τις πιο τολμηρές προβλέψεις.

Η συμμετρία βρίσκεται κρυμμένη κάτω από την αυθόρμητη παραβίαση

Όπως ήδη αναφέρθηκε, το Καθιερωμένο Μοντέλο περιλαμβάνει όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια και τρεις από τις τέσσερςις θεμελιώδεις Αλληλεπιδράσεις. Αλλά γιατί είναι τόσο διαφορετικές αυτές οι δυνάμεις; Και γιατί τα σωματίδια έχουν τόσο διαφορετικές μάζες; Το πιο βαρύ σωματίδιο, το top κουάρκ, είναι πάνω από 300.000 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο. Γιατί αυτά έχουν μάζα; Η ασθενής δύναμη ξεχωρίζει από αυτή την άποψη και πάλι: τα σωματίδια φορείς της δύναμης αυτής, W και Z, είναι πολύ βαρύτερα, ενώ το φωτόνιο, που μεταφέρει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη, δεν έχει καθόλου μάζα.

Οι περισσότεροι φυσικοί πιστεύουν ότι μια άλλη αυθόρμητη διάσπαση συμμετρίας, που ονομάζεται μηχανισμός Higgs, κατέστρεψε την αρχική συμμετρία μεταξύ των δυνάμεων και έδωσε στα σωματίδια τη μάζα τους στα πολύ πρώιμα στάδια του Σύμπαντος.

Ο δρόμος για την ανακάλυψη αυτή χαράχθηκε από τον Yoichiro Nambu το 1960, όταν τότε ήταν ο πρώτος που εισήγαγε την αυθόρμητη παραβίαση της συμμετρίας στην Σωματιδιακή Φυσική. Και γι αυτή την ανακάλυψη πήρε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής. Αρχικά, ο Nambu εργάστηκε με θεωρητικούς υπολογισμούς για ένα άλλο αξιοσημείωτο φαινόμενο της φυσικής, την υπεραγωγιμότητα, όταν το ηλεκτρικό ρεύμα ρέει χωρίς καμία αντίσταση. Η αυθόρμητη παραβίαση της συμμετρίας που περιγράφει την υπεραγωγιμότητα αργότερα μεταφέρθηκε από το Nambu στον κόσμο των στοιχειωδών σωματιδίων, και τα μαθηματικά του εργαλεία σήμερα διαπερνούν όλες τις θεωρίες σχετικά με το Καθιερωμένο Μοντέλο.

Μπορούμε να δώσουμε πολλά παραδείγματα αυθόρμητης παράβασης της συμμετρίας από την καθημερινή ζωή. Ένα μολύβι που στηρίζεται σε ένα σημείο (στη μύτη του), μπορεί να πέσει σε οποιαδήποτε κατεύθυνση, δηλαδή όλες οι κατευθύνσεις είναι ισοδύναμες οπότε και υπάρχει τέλεια συμμετρία. Αλλά αυτή η συμμετρία καταστρέφεται, όταν αυτό πίπτει, αναγκαστικά προς μία κατεύθυνση. Από την άλλη πλευρά, αν η κατάστασή του έχει γίνει πλέον σταθερή, και το μολύβι δεν μπορεί να πέσει πιο κάτω, θα έχει φθάσει στο χαμηλότερο επίπεδο της ενέργειας.

Αυθόρμητη διάσπαση της συμμετρίας[]

Ο κόσμος του μολυβιού είναι εντελώς συμμετρικός. Όλες τις κατευθύνσεις είναι ακριβώς ισοδύναμες γιατί μπορεί να πέσει οπουδήποτε. Αλλά αυτή η συμμετρία χάνεται όταν πέφτει το μολύβι. Τώρα έχει μόνο μία κατεύθυνση. Η συμμετρία που υπήρχε πριν είναι κρυμμένη πίσω από το μολύβι που έπεσε

Ένα κενό έχει το χαμηλότερο δυνατό επίπεδο ενέργειας στο σύμπαν. Στην πραγματικότητα, ένα κενό στη φυσική είναι ακριβώς μια κατάσταση με τη μικρότερη δυνατή ενέργεια. Αλλά δεν είναι το κενό άδειο από οτιδήποτε. Από την ημερομηνία γέννησης της κβαντικής φυσικής, το κενό ορίζεται ως γεμάτο από μία σούπα σωματιδίων που αναδύονται στον πραγματικό κόσμο για πολύ λίγο και μετά εξαφανίζονται αμέσως. Εμείς περιτριγυριζόμαστε από πολλά και διαφορετικά κβαντικά πεδία σε όλο το χώρο, οι δε τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύση περιγράφονται επίσης ως πεδία. Ένα από αυτά, το βαρυτικό πεδίο, είναι γνωστό σε όλους μας.

Ο Nambu αναγνώρισε σε σύντομο χρονικό διάστημα ότι οι ιδιότητες του κενού έχουν ενδιαφέρον για τις μελέτες της αυθόρμητης διάσπασης της συμμετρίας. Ένα κενό, δηλαδή, η πιο χαμηλή ενεργειακή κατάσταση, δεν αντιστοιχεί στην πιο συμμετρική κατάσταση. Όπως και με το μολύβι που έπεσε, η συμμετρία του κβαντικού πεδίου έχει σπάσει και έχει επιλεγεί μόνο μία από τις πολλές δυνατές κατευθύνσεις του πεδίου. Τις τελευταίες δεκαετίες, έχουν βελτιωθεί οι μέθοδοι του Nambu για την επεξεργασία της αυθόρμητης παραβίασης της συμμετρίας στο Καθιερωμένο Μοντέλο, και γι αυτό συχνά χρησιμοποιούνται σήμερα για τον υπολογισμό των φαινομένων της ισχυρής δύναμης.

Η ανάδυση της μάζας[]

Το ζήτημα της μάζας των στοιχειωδών σωματιδίων έχει, επίσης, απαντηθεί από την αυθόρμητη διάσπαση της συμμετρίας του υποθετικού πεδίου Higgs. Εκτιμάται ότι κατά το Big Bang το πεδίο Higgs ήταν απολύτως συμμετρικό και όλα τα σωματίδια είχαν μηδενική μάζα. Αλλά το πεδίο Higgs, σαν το μολύβι που στέκεται στη μύτη του, δεν ήταν σταθερό, οπότε όταν το σύμπαν ψύχθηκε, το πεδίο πήγε στο χαμηλότερο επίπεδο της ενέργειας του, στο δικό του κενό, σύμφωνα με τον κβαντικό ορισμό. Η συμμετρία εξαφανίστηκε και το πεδίο Higgs έγινε σαν ένα είδος σιρόπι για τα στοιχειώδη σωματίδια. Τα τελευταία απορρόφησαν διαφορετικά ποσά του πεδίου και γι αυτό πήραν διαφορετικές μάζες. Ορισμένα, όπως το φωτόνιο, δεν προσελκύστηκαν από το πεδίο και παρέμειναν χωρίς μάζα. Αλλά γιατί τα ηλεκτρόνια απέκτησαν μάζα είναι ένα εντελώς διαφορετικό ζήτημα, που κανένας δεν έχει απαντήσει ακόμα.

Όπως και τα άλλα κβαντικά πεδία, έτσι και το πεδίο Higgs έχει το δικό του εκπρόσωπο, δηλαδή το σωματίδιο Higgs. Οι φυσικοί είναι πρόθυμοι να βρούνε αυτό το σωματίδιο στον πιο ισχυρό επιταχυντή σωματιδίων του κόσμου, το ολοκαίνουριο LHC στο CERN της Γενεύης. Είναι πιθανό να ανιχνευτούν πολλά διαφορετικά σωματίδια Higgs - ή και να μην υπάρχει καθόλου. Οι φυσικοί είναι έτοιμοι να επεκτείνουν το Σωματιδιακό Μοντέλο με την υπερσυμμετρική θεωρία, που είναι μια προσφιλής θεωρία σε πολλούς φυσικούς.

Υπάρχουν ασφαλώς κι άλλες θεωρίες, μερικές είναι περισσότερο ή λιγότερο εξωτικές. Σε κάθε περίπτωση, είναι πιθανό να είναι συμμετρικές, παρ' όλο που η συμμετρία μπορεί να μην είναι τόσο εμφανής με πρώτη ματιά. Αλλά αυτή είναι εκεί, κρατώντας την κρυμμένη σε φαινομενικά μπερδεμένη εμφάνιση.

Υποσημειώσεις[]

Εσωτερική Αρθρογραφία[]

Βιβλιογραφία[]

Ιστογραφία[]


Ikl.jpg Κίνδυνοι ΧρήσηςIkl.jpg

Αν και θα βρείτε εξακριβωμένες πληροφορίες
σε αυτήν την εγκυκλοπαίδεια
ωστόσο, παρακαλούμε να λάβετε σοβαρά υπ' όψη ότι
η "Sciencepedia" δεν μπορεί να εγγυηθεί, από καμιά άποψη,
την εγκυρότητα των πληροφοριών που περιλαμβάνει.

"Οι πληροφορίες αυτές μπορεί πρόσφατα
να έχουν αλλοιωθεί, βανδαλισθεί ή μεταβληθεί από κάποιο άτομο,
η άποψη του οποίου δεν συνάδει με το "επίπεδο γνώσης"
του ιδιαίτερου γνωστικού τομέα που σας ενδιαφέρει."

Πρέπει να λάβετε υπ' όψη ότι
όλα τα άρθρα μπορεί να είναι ακριβή, γενικώς,
και για μακρά χρονική περίοδο,
αλλά να υποστούν κάποιο βανδαλισμό ή ακατάλληλη επεξεργασία,
ελάχιστο χρονικό διάστημα, πριν τα δείτε.



Επίσης,
Οι διάφοροι "Εξωτερικοί Σύνδεσμοι (Links)"
(όχι μόνον, της Sciencepedia
αλλά και κάθε διαδικτυακού ιστότοπου (ή αλλιώς site)),
αν και άκρως απαραίτητοι,
είναι αδύνατον να ελεγχθούν
(λόγω της ρευστής φύσης του Web),
και επομένως είναι ενδεχόμενο να οδηγήσουν
σε παραπλανητικό, κακόβουλο ή άσεμνο περιεχόμενο.
Ο αναγνώστης πρέπει να είναι
εξαιρετικά προσεκτικός όταν τους χρησιμοποιεί.

- Μην κάνετε χρήση του περιεχομένου της παρούσας εγκυκλοπαίδειας
αν διαφωνείτε με όσα αναγράφονται σε αυτήν

IonnKorr-System-00-goog.png



>>Διαμαρτυρία προς την wikia<<

- Όχι, στις διαφημίσεις που περιέχουν απαράδεκτο περιεχόμενο (άσεμνες εικόνες, ροζ αγγελίες κλπ.)


Advertisement