אתר מורי פיזיקה - עמוד הבית

מבוסס על כתבות:

• פיזיקאים הפרו לשבריר שנייה חוק טבע במאיץ RHIC בברוקהייבן, יעל פטר, הידען, 6.04.10 
• For One Tiny Instant, Physicists May Have Broken a Law of Nature, ScienceDaily, 30.03.10

למשך שבריר שניה יצרו פיזיקאים בועה ששברה את הסימטריה של המרחב במאיץ החלקיקים בברוקהייבן (RHIC).
חוק הזוגיות (או סימטריה מרחבית) נחשב במשך זמן רב לחוק בסיסי של הטבע. החוק גורס שהיקום אינו באופן מטאפורי ימני או שמאלי – כלומר שחוקי הטבע נשארים אותו הדבר עבור קואורדינטות הפוכות (ניתן לראות זאת כאילו חוקי הטבע אינם משתנים אם מסתכלים עליהם במראה). בתחילת שנות ה-50 נמצא שהכוח החלש, שאחראי לקרינה רדיואקטיבית גרעינית, מפר את הסימטריה הזו ("שבירת סימטריה"). למרות זאת, עד כה חשבו שהכוח החזק, שמחזיק ביחד את החלקיקים התת-אטומיים, כן מקיים את החוק, לפחות תחת נסיבות רגילות.
מאז שנת 2000, הפציצו תריסר מדענים, ביניהם ג'אק סנדוויס, פרופסור מייל, גרעיני חלקיקי זהב כחלק מניסוי STARTבמאיץ החלקיקים RHIC– טבעת באורך של 3.9 ק"מ – בה האיצו את החלקיקים, על מנת לבחון על ידי ההתנגשויות של גרעיני הזהב את חוק הזוגיות תחת תנאים קיצוניים.
החוקרים יצרו "בועה" של פלסמת גלואון-קווארק, שהיא מן "מרק" שנוצר כתוצאה מאנרגיות עצומות שמספיקות לפרק את הפרוטונים והניטרונים לקווארקים ולגלואונים, אבני הבניין היסודיות של החומר. נזכיר שבמודל הסטנדרטי, (מודל המתאר את הכוח הגרעיני החזק, הכוח הגרעיני החלש והכוח האלקטרומגנטי, וכן את החלקיקים היסודיים המרכיבים את החומר, ללא כבידה), קיימים קווארק "מעלה" (upאו u) וקווארק "מטה" (downאו d). שלשות של קווארקים מתלכדות יחדיו ליצירת פרוטונים (uud) ונייטרונים (udd). אלה מצטרפים ליצירת גרעין האטום. גלואונים הם החלקיקים היסודיים האחראים על הכוח הגרעיני החזק. גלואונים מחברים יחדיו קווארקים כדי ליצור פרוטונים ונייטרונים כמו גם חלקיקים תת-אטומים אחרים המורכבים מקווארקים.לגלואונים אין מטען חשמלי , ובדרך-כלל מניחים כי אין להם מסה. הגלואונים אחראיים על יציבות הגרעין.
תיאורטיקאים מאמינים שפלסמת הגלואון-קווארק, שהיא בעלת טמפרטורה של כטריליון מעלות צלסיוס, התקיימה רק מעט לאחר המפץ הגדול כאשר היקום היה בן מיקרושניה אחת בלבד. “בועת" הפלסמה שנוצרה במאיץ RHICהתקיימה כמיליונית של מליארדית השניה. החוקרים מקווים להשתמש בנתונים על מנת לחקור כיצד מבנה היקום- החל בחורים שחורים ועד גלקסיות, התהווה ונוצר מתוך ה"מרק".
נחזור לניסוי-כאשר גרעיני הזהב, שטסו במהירות של כ-99.999% ממהירות האור, התנגשו ביניהם, הפלסמה שנוצרה הייתה כה אנרגטית, שחלקיק קטן שלה בגודל רוחב שערת אדם, הייתה מספיקה לייצור חשמל שהיה מאיר את כל ארה"ב למשך שנה.
הפלסמה יצרה שדה מגנטי עצום– החזק ביותר שנוצר אי פעם בידי אדם – שנתן לפיסיקאים עדות לכך שיתכן שאחד מחוקי הטבע נשבר. "דבר מעניין מאוד קרה בתנאים הקיצוניים הללו" אמר סאנדווייס. "שבירת הסימטריה קשה מאוד לאיתור, אך השדה המגנטי יחד עם שבירת הסימטריה גרמו לאפקט משני שאותו ניתן היה לגלות."
סאנדווייס וצוותו מצאו כי קווארקים עם סימנים שווים נעו בכיוונים שווים. קווארקים מסוג upנעו לאורך קווי השדה המגנטי, בעוד קוווארקים מסוג downנעו בניגוד לקווי השדה המגנטי. העובדה שהקווארקים "זיהו" את כיווני השדה השונים, יכולה להעיד על כך שהסימטריה נשברה.
התוצאות היו כה בלתי צפויות עד שסאנדוייס ועמיתיו חיכו למעלה משנה עד לפרסום, כשהם מבלים את הזמן הזה בחיפוש אחר הסברים חלופיים. הפיסיקאים עדיין ממהרים להצביע על כך שהאפקט הזה מעיד על אפשרות של הפרת הסימטריה – ולא מוכיח אותה שההפרה אכן התרחשה– אך צוות הניסוי החליט לפתוח את המחקר לבדיקה של פיסיקאים אחרים. "אני סבור שזה היה אפקט אמיתי, אך נדע יותר בשנים הבאות" אמר סאנדוייס.
לאחר מכן, הקבוצה רוצה לבחון את התוצאה על ידי הפעלת הניסוי באנרגיות התנגשות נמוכות כדי לראות אם ההפרה לכאורה נעלמת כאשר אין מספיק אנרגיה כדי ליצור את התנאים הקיצוניים הנדרשים.
אם אכן יוכח שחוק הסימטריה נשבר, הדבר יכול לעזור למדענים להבין כיצד החומר הוא הדומיננטי ביקום, בעוד במפץ הגדול נוצרו כמויות זהות של חומר ושל אנטי חומר.

 
עוד על חלקיקים אלמנטריים:
http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%92%D7%9C%D7%95%D7%90%D7%95%D7%9F
 
http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%94%D7%9E%D7%95%D7%93%D7%9C_%D7%94%D7%A1%D7%98%D7%A0%D7%93%D7%A8%D7%98%D7%99
 
עוד על שבירת סימטריה:
 
http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A9%D7%91%D7%99%D7%A8%D7%AA_%D7%A1%D7%99%D7%9E%D7%98%D7%A8%D7%99%D7%94_%D7%A1%D7%A4%D7%95%D7%A0%D7%98%D7%A0%D7%99%D7%AA