Πειράματα και μετρήσεις που «στοιχειώνουν» τη φυσική

Ορισμένες ερευνητικές ομάδες έχουν επιχειρήσει μέχρι σήμερα να βρουν σφάλματα στην τεχνική μιονίων, αλλά μάταια.

Του Κώστα Δεληγιάννη
Όπως στις υπόλοιπες θετικές επιστήμες, έτσι και στη φυσική κάθε φορά που κάποια μέτρηση ή παρατήρηση υποδεικνύει μια καινούρια ανακάλυψη, πολύ γρήγορα μπαίνει στο μικροσκόπιο νέων πειραμάτων, τα οποία προσπαθούν να επαναλάβουν το αποτέλεσμα.


Ο κανόνας λέει πως αυτές οι προσπάθειες επανάληψης είτε θα διαψεύσουν την υποτιθέμενη ανακάλυψη, βρίσκοντας πως τελικά οφειλόταν σε κάποιο πειραματικό σφάλμα, είτε θα την επιβεβαιώσουν και έτσι θα αποδείξουν πως πρέπει να αλλάξουν οι επικρατούσες θεωρίες.
Ο παραπάνω κανόνας ωστόσο έχει και εξαιρέσεις, όπως αναφέρει το περιοδικό Nature, σε άρθρο του με θέμα τα αποτελέσματα που «στοιχειώνουν» τη φυσική. Το Nature παρομοιάζει αυτά τα ευρήματα με… φαντάσματα, αφού παρόλο που δεν επιβεβαιώνονται, αρνούνται να… πεθάνουν, αφού δεν έχουν διαψευσθεί τελεσίδικα.

«Πρόκειται για παρατηρήσεις στην αστρονομία, τη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων και την κοσμολογία, τις οποίες κατ’ επανάληψη οι επιστήμονες έχουν θεωρήσει “νεκρές”, για να τις δουν όμως να ξαναεμφανίζονται στην πορεία», γράφει χαρακτηριστικά.

Ο «άξονας του κακού»
Μια βασική ιδιότητα της μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου, δηλαδή του υπολείμματος της λάμψης που εξέπεμπε το σύμπαν όταν είχε «ηλικία» 380.000 ετών, είναι πως χαρακτηρίζεται από μεγάλη ομοιογένεια. Έτσι, οι θερμοκρασιακές διακυμάνσεις της δεν ξεπερνούν το 0,01%.
Αν και οι κοσμολόγοι εκτιμούν πως αυτές οι αποκλίσεις θα έχουν τυχαία κατανομή, το 2003 ο δορυφόρος WMAP της NASA ανακάλυψε ορισμένα μοτίβα. Πιο συγκεκριμένα, εντόπισε μία μυστηριώδη ψυχρή περιοχή, όπως επίσης πως σε συγκεκριμένες κλίμακες οι διακυμάνσεις είχαν μια ιδιαίτερη κατεύθυνση, η οποία βαφτίσθηκε «άξονας του κακού».
Ορισμένοι επιστήμονες απέρριψαν τα παραπάνω ευρήματα, ως σφάλματα στις μετρήσεις του δορυφόρου. Παρ’ όλα αυτά, στις μεταγενέστερες παρατηρήσεις του WMAP, όπως επίσης και του ευρωπαϊκού δορυφόρου Planck, οι εν λόγω ανωμαλίες έκαναν ξανά την εμφάνισή τους.

Εποχιακά σήματα της σκοτεινής ύλης
Αν και το σύμπαν αποτελείται κατά 85% από σκοτεινή ύλη, αυτό το αινιγματικό υλικό δεν έχει ποτέ ανιχνευθεί άμεσα. Από τα τέλη της δεκαετίας του 1990, ωστόσο, φυσικοί που συμμετέχουν στο πείραμα DAMA, βαθιά μέσα στο βουνό Gran Sasso της Ιταλίας, έχουν καταγράψει σήματα τα οποία εικάζουν πως οφείλονται σε αλληλεπιδράσεις της σκοτεινής ύλης με κρυστάλλους ιωδιούχου νατρίου.
Μάλιστα, η ένταση των σημάτων φαίνεται να μεταβάλλεται ανάλογα με την εποχή, κάτι που θα μπορούσε να οφείλεται στην αλλαγή της ταχύτητας της Γης καθώς περιφέρεται γύρω από τον Ήλιο. Εντούτοις, μεταγενέστερα πειράματα όχι μόνο δεν επιβεβαίωσαν την εποχική μεταβολή των σημάτων, αλλά ούτε καν τα ίδια τα σήματα – παρόλο που το πρότζεκτ DAMA συνεχίζει να παράγει τα ίδια αποτελέσματα.

Η ακτίνα του πρωτονίου
Με δεδομένο πως το πρωτόνιο είναι από τα πιο καλά μελετημένα σωματίδια στο Σύμπαν, θα περίμενε κανείς πως οι φυσικοί έχουν ξεκάθαρη εικόνα για το μέγεθός του. Κι όμως: το 2010, επιστήμονες από το εργαστήριο Κβαντικής Οπτικής του γερμανικού Ινστιτούτου Max Planck υπολόγισαν την ακτίνα του πρωτονίου κατά 4% μικρότερη από τις προηγούμενες εκτιμήσεις.
Για τη μέτρηση, οι Γερμανοί επιστήμονες επιστράτευσαν μια καινούρια τεχνική, αντικαθιστώντας τα ηλεκτρόνια σε ουδέτερα άτομα υδρογόνου με αρνητικά φορτισμένα σωματίδια που ονομάζονται μιόνια. Μάλιστα, το 2013 άλλοι επιστήμονες χρησιμοποίησαν την ίδια μέθοδο, αν και με διαφορετικές παραμέτρους, επιβεβαιώνοντας το αποτέλεσμα του Max Planck.
Ορισμένες ερευνητικές ομάδες έχουν επιχειρήσει μέχρι σήμερα να βρουν σφάλματα στην τεχνική μιονίων, αλλά μάταια.

Κοσμικές ακτίνες υψηλής ενέργειας
Ακόμη και σήμερα παραμένει άγνωστη η προέλευση των κοσμικών ακτίνων υψηλής ενέργειας, οι οποίες αποτελούνται από σωματίδια που κινούνται με 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη ταχύτητα από τις δέσμες οποιουδήποτε επιταχυντή στη Γη. Το 2007 όμως, το παρατηρητήριο Auger στην Αργεντινή, φάνηκε πως βρισκόταν κοντά στο να λύσει το μυστήριο, αφού είχε ανακαλύψει πως οι ακτίνες συγκεντρώνονται στη «γειτονιά» συγκεκριμένων γαλαξιών.
Αν και αυτό σήμαινε πως τα σωματίδια ενδεχομένως προέρχονται από υπέρθερμη ύλη γύρω από τεράστιες μαύρες τρύπες, νεότερα δεδομένα του παρατηρητηρίου έδειξαν να διαψεύδουν αυτό τον ισχυρισμό. Η υπόθεση αυτή όμως «νεκραναστήθηκε» από ένα ιαπωνικό πείραμα μικρής κλίμακας, το οποίο αυτή τη στιγμή σχεδιάζεται να επεκταθεί, ώστε να αυξηθούν οι πιθανότητες να δοθεί μία τελεσίδικη απάντηση.

Η παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας
Παρόλο που η παγκόσμια σταθερά της βαρύτητας περιλαμβάνεται ήδη στον νόμο της βαρυτικής έλξης του Νεύτωνα, ο οποίος διατυπώθηκε το 1687, από διαφορετικά πειράματα έχουν προκύψει τιμές που δεν συμφωνούν μεταξύ του. Ακόμη χειρότερα, άλλες μετρήσεις που βασίσθηκαν στην κβαντική φυσική περιέπλεκαν ακόμη περισσότερο την κατάσταση.
Αυτή τη στιγμή βρίσκεται σε εξέλιξη μία πρωτοβουλία εργαστηρίων από όλο τον κόσμο, τα οποία θα ενώσουν τις δυνάμεις τους για να βρουν μία λύση. Μάλιστα, το αμερικανικό Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών θα διοργανώσει μία συνάντηση την επόμενη χρονιά, με ερευνητές από διαφορετικούς κλάδους που θα προσπαθήσουν να ανακαλύψουν από κοινού την καλύτερη δυνατή στρατηγική γι’ αυτό τον σκοπό.

«Σε αντίθετη περίπτωση, θα πρέπει να παραδεχθούμε ότι δεν γνωρίζουμε πώς να λύσουμε το πρόβλημα. Μία εξέλιξη που σίγουρα δεν θέλουμε», λέει στο Nature o Τζον Γκιλάσπι, από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.
Βέβαια, είναι πιθανόν πως η ασυμφωνία των πειραμάτων δεν οφείλεται σε προβλήματα μέτρησης, αλλά σε κάτι πιο ουσιώδες. Κάποιοι φυσικοί υποστηρίζουν πως η ασυμφωνία αυτή οφείλεται στο ότι χρειάζεται αναθεώρηση η ίδια η θεωρία της βαρύτητας, όπως περιγράφεται πλέον από τη Γενική Σχετικότητα. Σε μία τέτοια περίπτωση, πίσω από αυτή την «στοιχειωμένη» τιμή θα κρύβεται μια καινούρια ζωή.

Πηγή