Ένα διαστημόπλοιο που εκτοξεύεται, ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο που τρέχει σε μια πίστα, ένα τσίτα που τρέχει προς το θήραμά του – ο πλανήτης μας είναι γεμάτος από κατορθώματα υψηλής ταχύτητας.
Αλλά ποιο είναι το πιο γρήγορο πράγμα στη Γη; Η απάντηση εξαρτάται από το πώς ορίζετε το “πράγμα” και το “στη Γη”. Και οι κορυφαίοι υποψήφιοι – τα νετρίνα και τα φωτόνια – δεν είναι ορατοί με γυμνό μάτι.
Η πιο προφανής απάντηση φαίνεται να είναι το φως. Στο κενό, το φως ταξιδεύει περίπου 186.000 μίλια ανά δευτερόλεπτο (300.000 χιλιόμετρα ανά δευτερόλεπτο). Τίποτα στο σύμπαν που γνωρίζουμε δεν μπορεί να υπερβεί αυτή την ταχύτητα. Είναι το φως ένα πράγμα, όμως; Οι φυσικοί δεν συμφωνούν πλήρως σε αυτό. Ορισμένοι λένε όχι, επειδή το φως δεν έχει μάζα. Άλλοι λένε ναι – λόγω των ιδιορρυθμιών της κβαντομηχανικής, το φως είναι ταυτόχρονα κύμα και σωματίδιο. Και οι περισσότεροι φυσικοί συμφωνούν ότι τα σωματίδια είναι πράγματα.
Στο κενό του διαστήματος, αυτά τα σωματίδια, που ονομάζονται φωτόνια, είναι τα ταχύτερα πράγματα, σύμφωνα με τον John Matthews, φυσικό στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα.
Κάτω στη Γη, τα πράγματα περιπλέκονται λίγο περισσότερο, εκτός αν βρίσκεστε σε θάλαμο κενού. Μόλις ένα φωτόνιο φτάσει στην ατμόσφαιρα της Γης, επιβραδύνεται ελαφρώς. Και τότε, κάτω από τις κατάλληλες συνθήκες, θα μπορούσε να έχει κάποιο ανταγωνισμό. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν επιβραδύνονται όλα τα σωματίδια από την ατμόσφαιρα όπως τα φωτόνια, δήλωσε ο Matthews στο Live Science.
Ο Matthews είναι μέλος μιας ομάδας που έχει ανιχνεύσει αρκετά πολύ γρήγορα σωματίδια που προέρχονται από κοσμικές ακτίνες υπερυψηλής ενέργειας, βροχές υποατομικών σωματιδίων που πέφτουν στη Γη από το διάστημα. Ένα από αυτά τα σωματίδια, που ονομάστηκε σωματίδιο Oh-My-God, ανιχνεύθηκε από τους συναδέλφους του το 1991, από την κοσμική ακτίνα με την υψηλότερη ενέργεια που δεν έχει ακόμη εντοπιστεί.
Σωματίδια όπως αυτά ξεκινούν πηγαίνοντας εξαιρετικά κοντά στην ταχύτητα του φωτός στο κενό. Αλλά όταν προσκρούουν στην ατμόσφαιρα της Γης, “από τη φύση τους, απλά συνεχίζουν να τρέχουν μπροστά”, δήλωσε ο Matthews. “Έτσι, ξεπερνούν την ταχύτητα του φωτός στην ατμόσφαιρα”.
Αυτό κάνει τα σωματίδια του Oh-My-God ανάμεσα στα ταχύτερα πράγματα με μάζα στη Γη, αλλά δεν είναι στην κορυφή. Αντ’ αυτού, το βραβείο παίρνει το νετρίνο, σύμφωνα με τον Justin Vandenbroucke, σωματιδιακό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison.
Το σωματίδιο Oh-My-God είναι πιθανότατα ένα πρωτόνιο, ή τουλάχιστον κάτι που μοιάζει με πρωτόνιο – αρκετά μαζικό στην κλίμακα των υποατομικών σωματιδίων. Η μάζα ενός νετρίνο είναι τουλάχιστον 10 δισεκατομμύρια φορές μικρότερη από τη μάζα ενός πρωτονίου, οπότε χάρη στους βασικούς νόμους της φυσικής, μπορεί να ταξιδέψει ακόμη πιο γρήγορα αν του δοθεί η ίδια ποσότητα ενέργειας.
Αλλά ενώ τα νετρίνα μπορούν, θεωρητικά, να ταξιδέψουν πολύ γρήγορα, είναι αρκετά δύσκολο να τα εντοπίσουμε στην πράξη. “Τα νετρίνα είναι φημισμένα ντροπαλά”, δήλωσε ο Vandenbroucke στο Live Science.
Σε ένα μακροχρόνιο πείραμα στο Νότιο Πόλο – που ονομάστηκε εύστοχα IceCube – οι φυσικοί έχουν τοποθετήσει ανιχνευτές μέσα σε ένα κομμάτι πάγου 0,2 κυβικών μιλίων (1 κυβικό χιλιόμετρο), ελπίζοντας να βρουν νετρίνα υψηλής ενέργειας. Μέσα στον πάγο, ένα νετρίνο με αρκετή ενέργεια μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από ό,τι το φως. Όταν αυτό το νετρίνο υψηλής ενέργειας συγκρουστεί με τον πυρήνα ενός ατόμου στον πάγο, μπορεί να παράγει φορτισμένα υποατομικά σωματίδια που επίσης ταξιδεύουν ταχύτερα από το φως. Αυτά τα ταχύτατα σωματίδια εκπέμπουν μια λάμψη φωτός γνωστή ως ακτινοβολία Cherenkov, καθιστώντας το νετρίνο έμμεσα ανιχνεύσιμο.
Και το 2016, οι επιστήμονες του IceCube ανίχνευσαν το νετρίνο με την υψηλότερη ενέργεια που έχει αξιολογηθεί προσεκτικά μέχρι σήμερα.
“Απ’ όσο γνωρίζουμε, αυτά είναι τα ταχύτερα σωματίδια που έχουν παρατηρηθεί ποτέ”, δήλωσε στο Live Science ο Bill Louis, φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο Los Alamos. Κανένα σωματίδιο με μάζα δεν μπορεί να φτάσει την ταχύτητα του φωτός στο κενό, αλλά αν είναι πολύ ελαφρύ και έχει πολλή ενέργεια, μπορεί να φτάσει πολύ κοντά.
Πόσο κοντά; Για να κρατήσει τις ταχύτητες ευθυγραμμισμένες, ο Vandenbroucke θέλει να σκέφτεται με όρους 9. Κάτι που κινείται με 99,99% της ταχύτητας του φωτός θα είχε τέσσερα 9άρια. Το υπερταχύ νετρίνο που εντοπίστηκε το 2016 θα είχε 33 9s, είπε ο Vandenbroucke. Και το σωματίδιο Oh-My-God θα είχε κάπου μεταξύ 20 και 24 9s, σύμφωνα με τους υπολογισμούς του. Αυτό το σωματίδιο είχε περισσότερη ενέργεια, αλλά ήταν επίσης πολύ πιο ογκώδες.
Για σύγκριση, οι ταχύτερες ταχύτητες που επιτυγχάνονται από σωματίδια σε επιταχυντές σωματιδίων που έχουν κατασκευαστεί από τον άνθρωπο, όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN, θα είχαν μόλις επτά 9s.
Εν τω μεταξύ, αυτά τα υπερταχύτατα σωματίδια που σημειώνουν ρεκόρ “παράγονται από φυσικούς επιταχυντές σωματιδίων έξω στο σύμπαν”, δήλωσε ο Vandenbroucke. “Δεν ξέρουμε πώς λειτουργούν, αλλά αυτό σας λέει πραγματικά πόσο εκπληκτική είναι η φύση σε σύγκριση με τους ανθρώπους”.