Αναδημοσιεύτηκε από την ΠΗΓΗ: ΕΦΗΜΕΡΙΔΑ ΤΟ ΒΗΜΑ

Κατηγορία: Φυσική

Δημοσιεύθηκε : 20 Δεκεμβρίου 2016

Επισκέψεις: 1267

Ποιο είναι το καινούργιο «θηρίο» που για απόσταση 400 χλμ. εντός Γερμανίας ταξίδεψε με πλοίο 8.600 χλμ.; Η νέα «ζυγαριά» των νετρίνων!

Το τεράστιο φασματόμετρο του πειράματος KATRIN, βάρους 200 τόνων

Το νετρίνο είναι ένα ουδέτερο στοιχειώδες σωματίδιο, δηλαδή ένα απειροελάχιστα μικρό σωμάτιο που δεν αποτελείται από άλλα, μικρότερα. Η κρατούσα θεωρία που περιγράφει τη Φυσική τέτοιου είδους σωματιδίων ονομάζεται Καθιερωμένο Πρότυπο και ερμηνεύει με πολύ μεγάλη επιτυχία όλα τα γνωστά φαινόμενα της Φυσικής στη μικρότερη δυνατή κλίμακα. To Καθιερωμένο Πρότυπο δέχεται ότι το νετρίνο δεν έχει μάζα, υποθέτει δηλαδή κάτι ανάλογο με αυτό που συμβαίνει με το φωτόνιο, το οποίο είναι γνωστό ότι έχει μηδενική μάζα. Την τελευταία δεκαπενταετία όμως διαρκώς πληθαίνουν οι πειραματικές ενδείξεις ότι αυτή η θεώρηση δεν είναι σωστή και ότι το νετρίνο έχει μη μηδενική μάζα. Η οριστική επιβεβαίωση αυτών των ενδείξεων θα σημάνει την ανάγκη βελτίωσης του Καθιερωμένου Προτύπου, το οποίο - έτσι όπως είναι σήμερα - θα ισχύει πια μόνο προσεγγιστικά. Σε αυτήν την περίπτωση η ακριβής μέτρηση της μάζας του νετρίνου θα βοηθήσει στη διατύπωση μιας νέας, ελπίζουμε πλήρους, θεωρίας για τη Φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων. Αυτές τις ημέρες άρχισε να λειτουργεί στην Καρλσρούη της Γερμανίας το πείραμα KATRIN, το οποίο έχει για σκοπό αυτήν ακριβώς τη μέτρηση. Το συγκεκριμένο πείραμα αξίζει ιδιαίτερη προσοχή, όχι μόνο επειδή τα αποτελέσματά του θα έχουν θεμελιώδη σημασία για τη Φυσική, αλλά και επειδή ο εξοπλισμός του αποτελεί αξιοσημείωτο επίτευγμα της εφαρμοσμένης Φυσικής και της τεχνολογίας της.

Αναζητώντας την άγνωστη μάζα

Η ύπαρξη του νετρίνου προτάθηκε από τον γερμανό φυσικό Wolfgang Pauli το 1930 για να ερμηνευθούν τα δυσεξήγητα, αλλιώς, πειραματικά αποτελέσματα της εποχής. Συγκεκριμένα κατά τη διάσπαση των νετρονίων οι ανιχνευτές κατέγραφαν την παραγωγή ενός πρωτονίου και ενός νετρονίου, οι ταχύτητες των οποίων όμως δεν συμφωνούσαν με τους δύο βασικότερους νόμους της Κλασικής Μηχανικής, δηλαδή με τους νόμους διατήρησης της ενέργειας και της ορμής. Επειδή οι ανιχνευτές καταγράφουν μόνο φορτισμένα σωματίδια, σε αυτήν την περίπτωση το θετικό πρωτόνιο και το αρνητικό ηλεκτρόνιο, ο Pauli πρότεινε την ιδέα ότι κατά τη διάσπαση αυτή, που ονομάζεται «διάσπαση-β», παράγεται και ένα τρίτο, ουδέτερο και άρα «αόρατο» σωματίδιο, η ενέργεια και η ορμή του οποίου είναι τέτοιες ώστε να ισχύουν οι δύο νόμοι της Κλασικής Μηχανικής που ανέφερα παραπάνω. Η επιτυχία αυτής της πρόβλεψης διαπιστώθηκε 26 χρόνια αργότερα, όταν το 1956 ανακαλύφθηκε πειραματικά το σωματίδιο αυτό. Από την εποχή εκείνη υπήρξε μια μεγάλη προσπάθεια για να μετρηθούν τα βασικά χαρακτηριστικά του νετρίνου, και κυρίως η μάζα του. Οπως ήδη ανέφερα, η σήμερα ισχύουσα θεωρία προβλέπει ότι το νετρίνο έχει μηδενική μάζα, υπάρχουν όμως σημαντικότατες πειραματικές ενδείξεις ότι αυτό δεν είναι αλήθεια. Φαίνεται ότι το νετρίνο έχει μάζα, αν και σημαντικά μικρότερη από όλα τα άλλα στοιχειώδη σωματίδια. Σύμφωνα με τη Θεωρία της Σχετικότητας, μάζα και ενέργεια είναι ισοδύναμες φυσικές ποσότητες. Στη Φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, μια συνηθισμένη μονάδα μέτρησης της ενέργειας είναι το ηλεκτρονιοβόλτ. Ετσι η μάζα ενός ηλεκτρονίου είναι 500.000 ηλεκτρονιοβόλτ, ενώ, σύμφωνα με τις πιο πρόσφατες εκτιμήσεις, η μάζα ενός νετρίνου αναμένεται να είναι μικρότερη από 0,3 αλλά μεγαλύτερη από 0,04 ηλεκτρονιοβόλτ.