Ερευνητές στο Εργαστήριο Brookhaven κατέγραψαν για πρώτη φορά σωματίδια που αναδύθηκαν από το κενό του διαστήματος — μια διαδικασία που η κβαντική φυσική προέβλεπε εδώ και δεκαετίες αλλά κανείς δεν είχε καταφέρει να παρατηρήσει άμεσα. Η ανακάλυψη ανοίγει νέο παράθυρο στο ερώτημα πώς αποκτούν μάζα τα σωματίδια.
Το κενό δεν είναι άδειο. Αυτή η φαινομενικά παράδοξη πρόταση βρίσκεται στον πυρήνα της κβαντικής χρωμοδυναμικής — της θεωρίας που περιγράφει την ισχυρή πυρηνική δύναμη, αυτή που συγκρατεί τα κουάρκ μέσα στα πρωτόνια και τα νετρόνια. Σύμφωνα με τη θεωρία, ακόμα και ο τελειότερος κενός χώρος είναι γεμάτος από εφήμερες διαταραχές ενέργειας — λεγόμενα εικονικά σωματίδια — που εμφανίζονται και εξαφανίζονται σε κλάσματα του δευτερολέπτου. Ανάμεσά τους, ζεύγη κουάρκ και αντι-κουάρκ.
Υπό κανονικές συνθήκες, αυτά τα ζεύγη εξαφανίζονται σχεδόν αμέσως. Αν όμως εισαχθεί αρκετή ενέργεια στο κενό, η θεωρία προβλέπει ότι μπορούν να μετατραπούν σε πραγματικά, ανιχνεύσιμα σωματίδια με μετρήσιμη μάζα. Αυτό ακριβώς κατάφερε να παρατηρήσει για πρώτη φορά η συνεργασία STAR στο Relativistic Heavy Ion Collider του Εθνικού Εργαστηρίου Brookhaven στη Νέα Υόρκη.
Η ομάδα συνέκρουσε πρωτόνια υψηλής ενέργειας σε κενό, παράγοντας έναν καταιγισμό σωματιδίων. Μεταξύ αυτών, ορισμένα ζεύγη κουάρκ-αντικουάρκ θα έπρεπε να προέρχονται απευθείας από το κενό. Το πρόβλημα: τα κουάρκ δεν μπορούν να υπάρξουν μόνα τους και συνδυάζονται αμέσως σε σύνθετα σωματίδια. Πώς λοιπόν να ξεχωρίσεις αυτά που γεννήθηκαν από το κενό από τα υπόλοιπα;
Η απάντηση κρύβεται στο spin — μια κβαντική ιδιότητα που μοιάζει με στροφορμή. Κουάρκ και αντικουάρκ που γεννιούνται μαζί από το κενό κληρονομούν μια κοινή κβαντική ευθυγράμμιση των spin τους. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτή η σύνδεση διατηρείται ακόμα και αφού τα κουάρκ ενσωματωθούν σε μεγαλύτερα σωματίδια που ονομάζονται υπερόνια — σωματίδια που διασπώνται σε λιγότερο από ένα δισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου. Εντοπίζοντας αυτά τα spin-ευθυγραμμισμένα υπερόνια στα συντρίμμια των συγκρούσεων, η ομάδα μπόρεσε να επιβεβαιώσει την προέλευσή τους από το κενό.
«Είναι η πρώτη φορά που βλέπουμε ολόκληρη τη διαδικασία», δήλωσε ο Zhoudunming Tu, μέλος της συνεργασίας STAR. Η σημασία της ανακάλυψης δεν είναι μόνο επιβεβαιωτική. Ανοίγει έναν νέο τρόπο να μελετηθούν άμεσα οι ιδιότητες του κενού — και, κατ’ επέκταση, ο μηχανισμός με τον οποίο τα σωματίδια αποκτούν μάζα μέσω της αλληλεπίδρασής τους με αυτό. Το ερώτημα παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα ανοιχτά προβλήματα της σύγχρονης φυσικής.
Δεν λείπουν και οι επιφυλάξεις. Ο Alessandro Bacchetta του Πανεπιστημίου της Πάβια επισημαίνει ότι το αποτέλεσμα δεν είναι ακόμα οριστικό — η ανακατασκευή γεγονότων από συγκρούσεις σωματιδίων είναι εξαιρετικά σύνθετη διαδικασία και πρέπει πρώτα να αποκλειστούν εξαντλητικά όλες οι εναλλακτικές εξηγήσεις. Το κενό, όπως πάντα, δεν αποκαλύπτει εύκολα τα μυστικά του.
