Το ιδιόρρυθμο μιόνιο θα μπορούσε απλώς να προκαλέσει μια σημαντική ανακάλυψη στη φυσική
Οι άνθρωποι στα Midwest μπορεί να εξεπλάγησαν όταν είδαν έναν τεράστιο ηλεκτρομαγνήτη να ρυμουλκείται στον ποταμό Μισισιπή και να οδηγείται μέσα από τις πεδινές περιοχές του Ιλινόις τον Ιούλιο. Ο ηλεκτρομαγνήτης ήταν καθ' οδόν από το αρχικό του σπίτι στο Εθνικό Εργαστήριο Brookhaven της Νέας Υόρκης στο Fermilab, κοντά στο Σικάγο. Το 2016 έχει προγραμματιστεί να είναι το επίκεντρο του πειράματος Muon g-2 (προφέρεται «gee minus two»), που έχει σχεδιαστεί για να αναζητά δελεαστικές ενδείξεις φυσικής πέρα από αυτό που είναι γνωστό ως το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων.
Το πείραμα Muon g-2 θα επιδιώξει να πιάσει ένα μιόνιο, ένα πολύ βραχύβιο σωματίδιο, κατά την πράξη της μετατροπής στον ελαφρύτερο ξάδερφό του, το ηλεκτρόνιο - ένα είδος «παραβίασης γεύσης» που θα έδειχνε ότι ένα νέο σωματίδιο, ή δύναμη, ή κάτι εντελώς άλλο πρέπει να είναι υπεύθυνο. Για να δουν αυτήν την αλλαγή, οι ερευνητές θα κάνουν ακριβείς μετρήσεις μιας ταλάντωσης που συμβαίνει όταν ένα μιόνιο τοποθετείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, χάρη σε όλα αυτά τα εικονικά σωματίδια που εμφανίζονται μέσα και έξω από το κβαντικό κενό. Εάν η τιμή της ταλάντωσης διαφωνεί με την ακριβή πρόβλεψη του Καθιερωμένου Μοντέλου, τότε θα γνωρίζουμε ότι εμπλέκεται κάποια «νέα φυσική», όπως λένε οι επιστήμονες.
Απίθανος? Εσύ μπέτσα. Αλλά δεν είναι πολύ πιο απίθανο από την ανακάλυψη του ίδιου του μιονίου το 1936, όταν οι επιστήμονες πίστευαν ότι το μοντέλο τους για τη σωματιδιακή φυσική ήταν σχεδόν ολοκληρωμένο. Τότε ήταν που δύο φυσικοί του Caltech, ο Carl Anderson και ο Seth Neddermeyer, μελετούσαν τις κοσμικές ακτίνες και παρατήρησαν ότι ορισμένα σωματίδια δεν καμπυλώθηκαν όπως αναμενόταν όταν περνούσαν από ένα μαγνητικό πεδίο. Ένα χρόνο αργότερα, τα πειράματα θαλάμου νέφους επιβεβαίωσαν ότι αυτό ήταν, πράγματι, ένα νέο σωματίδιο.
Ήταν μια τόσο εκπληκτική εξέλιξη που ο I.I. Ο Ράμπι δήλωσε περίφημα, «Ποιος το διέταξε αυτό;" Και οδήγησε σε μια πολύ πιο περίπλοκη εκδοχή του Καθιερωμένου Μοντέλου, με όχι μία, ούτε δύο, αλλά τρεις γενιές σωματιδίων ύλης (κουάρκ και λεπτόνια), για να μην αναφέρουμε τέσσερις ποικιλίες σωματιδίων που φέρουν δύναμη (μποζόνια μετρητή) - ένα πραγματικό ζωολογικός κήπος σωματιδίων. Απλώς δεν συναντάμε αυτή τη δεύτερη και τρίτη γενιά πολύ συχνά εκτός των επιταχυντών σωματιδίων, επειδή είναι τόσο βαριές που διασπώνται στα ξαδέρφια της πρώτης γενιάς σχεδόν αμέσως.
Αυτό δεν σημαίνει ότι το ταπεινό μιόνιο δεν μπορεί να έχει πρακτικές εφαρμογές. Οι επιστήμονες του Λος Άλαμος αναπτύσσουν τεχνικές ακτινογραφίας με βάση το μιόνιο για την παρακολούθηση της παράνομης μεταφοράς πυρηνικών υλικών σε φορτηγά ή εμπορευματοκιβώτια φορτίου σε βασικές συνοριακές διελεύσεις. Στην Ιαπωνία, οι ανιχνευτές μιονίων θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην ανίχνευση πότε τα ενεργά ηφαίστεια μπορεί να ετοιμάζονται να εκραγούν.
Μακράν η πιο πολύχρωμη εφαρμογή είναι η χρήση ανιχνευτών μιονίων για τη χαρτογράφηση των πυραμίδων των Μάγια - ένα είδος τεχνικής απεικόνισης που μοιάζει με ακτίνες Χ, χρησιμοποιώντας μόνο μιόνια αντί για φωτόνια υψηλής ενέργειας στο καθεστώς ακτίνων Χ. Όσο πιο πυκνό είναι το αντικείμενο που απεικονίζεται, τόσο περισσότερα μιόνια μπλοκάρονται, ρίχνοντας μια σκιά. εάν υπάρχουν κενά στην εσωτερική δομή - ας πούμε, ένας κρυφός ταφικός θάλαμος - αυτό θα εμφανιστεί ως καθαρές περιοχές στην εικόνα που προκύπτει. Είναι καλύτερο από το ραντάρ που διεισδύει στο έδαφος για την απεικόνιση πραγμάτων που βρίσκονται πάνω από 100 πόδια κάτω από την επιφάνεια.
Πίσω στη δεκαετία του 1960, ο φυσικός Luis Alvarez συνεργάστηκε περίφημα με Αιγύπτιους αρχαιολόγους για να αποκτήσει πρόσβαση σε έναν κρυφό θάλαμο στην πυραμίδα του Khafre στη Γκίζα. Κατασκεύασε έναν ειδικό θάλαμο σπινθήρα ως ανιχνευτή μιονίων, τυλιγμένο σε φύλλο σιδήρου και τον χρησιμοποίησε για να απεικονίσει ολόκληρη τη δομή. Όταν ανέλυσε τα δεδομένα, υπήρχε μια καθαρή περιοχή στην πυραμίδα που σταματούσε λιγότερα μιόνια από τα αναμενόμενα - με άλλα λόγια, υπήρχε ένα κενό στην πυκνή δομή εκεί, που υπαινίσσεται κρυμμένα δωμάτια που δεν είχαν ακόμη ανακαλυφθεί. Δυστυχώς, δεν βρήκαν τέτοια δωμάτια, αλλά το έργο του Alvarez απέδειξε την αρχή της τεχνικής, γνωστής ως τομογραφία μιονίων.
Άλλοι επιθυμούν να ακολουθήσουν τα βήματα του Alvarez, όπως ο Roy Schwitters στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Austin, ο οποίος επαναφέρει τους παλιούς ανιχνευτές μιονίων για να χαρτογραφήσει ανεξερεύνητους «καλυμμένους με ζούγκλα τύμβους» που είναι πιθανό να είναι κρυμμένα ερείπια των Μάγια στο Μπελίζ. Η ιδέα είναι να θάψουμε αρκετούς ανιχνευτές μιονίων γύρω από τη βάση μιας πυραμίδας στη Λα Μίλπα και να τους χρησιμοποιήσουμε για να μετρήσουμε τις τροχιές των μιονίων που διέρχονται από αυτήν για να χαρτογραφήσουμε οτιδήποτε υπάρχει μέσα. Θα είναι σαν να κάνετε αξονική τομογραφία του εσωτερικού:φωτεινά σημεία θα υποδεικνύουν κενά, πιθανούς θόλους ή θαλάμους.
Τώρα επιστρέφουμε σε ένα άλλο σημείο της ιστορίας της επιστήμης όπου πιστεύουμε ότι το μοντέλο μας για τη σωματιδιακή φυσική είναι ολοκληρωμένο - όσο πάει. Αλλά οι φυσικοί εξακολουθούν να αναζητούν νέα φυσική, είτε πρόκειται για υπερσυμμετρία, κβαντική βαρύτητα ή κάτι εντελώς άλλο, και το πείραμα Muon g-2 του Fermilab είναι μόνο ένα από τα πολλά που έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν τα σύνορα. Ποιός ξέρει? Το μιόνιο μπορεί για άλλη μια φορά να αλλάξει δραματικά όσα γνωρίζουμε για το σύμπαν.
Η Jennifer Ouellette είναι επιστημονική συγγραφέας και συγγραφέας του Τα Ημερολόγια Λογισμού και τα επόμενα Εγώ, ο εαυτός μου και γιατί:Αναζητώντας την Επιστήμη του Εαυτού. Ακολουθήστε την στο Twitter @JenLucPiquant .
