Πόσα σωματίδια ύλης υπάρχουν στη φύση;

Το ερώτημα αυτό απασχολεί την επιστημονική κοινότητα εδώ και χρόνια. Υπάρχουν μόνο τα 12 σωματίδια ύλης που προβλέπονται από το κλασικό μοντέλο σωματιδιακής φυσικής ή υφίστανται και άλλα σωματίδια των οποίων η μάζα είναι πολύ μεγάλη για να παραχθεί από τα έως τώρα πειράματα; Ερευνητές από το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης, το CERN και το Πανεπιστήμιο Χούμπολντ του Βερολίνου υποστηρίζουν ότι βρήκαν την απάντηση σε αυτό το ερώτημα.
Τα σωματίδια ύλης ή φερμιόνια είναι τα βασικά συστατικά του σύμπαντος, ωστόσο για πολύ καιρό δεν ήταν ξεκάθαρο αν τα γνωρίζουμε όλα. Το κλασσικό μοντέλο προβλέπει δώδεκα φερμιόνια. Με βάση τις παρόμοιες ιδιότητές τους, χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες των τεσσάρων. Μόνο τα φερμόνια της πρώτης κατηγορίας συμβαίνουν εκτός επιταχυντών σωματιδίων σε αξιόλογες ποσότητες.
Σε αυτά τα σωματίδια συμπεριλαμβάνονται το ηλεκτρόνιο, το νετρίνο, το άνω - κουάρκ και το κάτω-κουάρκ. Τα δύο τελευταία κουάρκ σχηματίζουν τα βαρύτερα σωματίδια πρωτόνια και νετρόνια, επομένως όλα τα στοιχεία του περιοδικού συστήματος αντιπροσωπεύονται.
Το ερώτημα που εγείρεται είναι γιατί υπάρχουν άλλες δύο κατηγορίες φερμιονίων, εφόσον όλα τα στοιχεία σχηματίζονται από την πρώτη, αλλά και αν υπάρχουν και επιπλέον κατηγορίες που δεν γνωρίζουμε. Για την ανάλυσή τους οι ερευνητές συνδύασαν δεδομένα που συνέλεξαν από τους επιταχυντές LHC και Tevatron και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η ύπαρξη επιπλέον φερμιονίων μπορεί να αποκλειστεί σε ποσοστό 99,99999 τοις εκατό (5,3 σίγμα). Τα σημαντικότερα δεδομένα που χρησιμοποίησαν προέρχονται από το πρόσφατα εντοπισμένο σωματίδιο Higgs.
Το σωματίδιο (μποζόνιο) Higgs είναι αυτό που προσδίδει μάζα σε όλα τα υπόλοιπα. Από τη στιγμή που δεν είχαν εντοπιστεί επιπλέον φερμιόνια στα έως τώρα πειράματα επιταχυντών, αυτά εάν πράγματι υπήρχαν θα ήταν βαρύτερα από τα υπάρχοντα φερμιόνια.
Αυτό το γεγονός με τη σειρά του όμως σημαίνει ότι θα αλληλεπιδρούσαν με το σωματίδιο Higgs πιο έντονα, του οποίου οι ιδιότητες θα τροποποιούνταν σε τέτοιο βαθμό που δεν θα ήταν δυνατό να εντοπιστεί.
Ο αριθμός των φερμιονίων εντός του κλασσικού μοντέλου έχει πλέον επιβεβαιωθεί, αλλά μερικά ενδιαφέροντα ερωτήματα παραμένουν, όπως ο ακριβής καθορισμός των ιδιοτήτων του σωματιδίου Higgs, αλλά και γιατί υπάρχει περισσότερη αντι - ύλη από «κανονική» ύλη στο σύμπαν.


ΠΗΓΗ