ΠΟΙΚΙΛΗΣ ΥΛΗΣ - ΕΠΙΣΤΗΜΗ

ΝΕΤΡΙΝΑ

Ανιχνεύοντας τη μάζα του απειροελάχιστου

Το κύριο φασματόμετρο του πειράματος KATRIN στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καρλσρούης. Η γιγαντιαία κυλινδρική δεξαμενή ζυγίζει 200 τόνους, έχει μήκος 24 μέτρα, διάμετρο 10 μέτρα και εσωτερική επιφάνεια 800 τετραγωνικών μέτρων

Το νετρίνο είναι γνωστός ταραχοποιός στον κόσμο της φυσικής υποατομικών σωματιδίων. Αυτό το μικροσκοπικό, λανθάνον σωματίδιο, χωρίς ηλεκτρικό φορτίο, πιθανότατα βρίσκεται σε κάθε γωνιά του σύμπαντος, αλλά είναι πολύ δύσκολο να εντοπιστεί χωρίς εξαιρετικά εξειδικευμένα όργανα. Τρισεκατομμύρια διαπερνούν το σώμα μας κάθε δευτερόλεπτο, χωρίς να αλληλεπιδρούν έστω και με ένα από τα άτομα που το απαρτίζουν. Αυτός είναι ένας από τους λόγους που γνωρίζουμε λίγα για κάτι τόσο διαδεδομένο και θεμελιώδες. Δεν γνωρίζουμε καν τη μάζα αυτού του σωματιδίου.

Φυσικοί που ασχολούνται με το πείραμα Νετρίνο Τριτίου της Καρλσρούης, γνωστό με το ακρωνύμιο KATRIN, πέτυχαν να μετρήσουν το ανώτερο όριο της μάζας του νετρίνου, βρίσκοντας ότι δεν μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 0,45 ηλεκτρονιοβόλτ*, δηλαδή το ένα εκατομμυριοστό της μάζας του ηλεκτρονίου, που είναι πολύ μικρότερη από τη μάζα του πρωτονίου και του νετρονίου. Το αποτέλεσμα αυτό προκύπτει ως μέρος των διερευνήσεων που πραγματοποιούν οι επιστήμονες με το KATRIN. Περίπου τα 3/4 των δεδομένων που θα προκύψουν από τη λειτουργία του επί 1.000 μέρες δεν έχουν αναλυθεί ακόμα. Οι ερευνητές είναι ενθουσιασμένοι, γιατί μέσα σε έναν χρόνο η ευαισθησία του πειράματος διπλασιάστηκε, ενώ στόχος είναι να αυξηθεί παραπέρα, φτάνοντας σε ικανότητα μέτρησης μάζας έως και τα 0,3 ηλεκτρονιοβόλτ.

Σύστημα λέιζερ Ράμαν για την ανάλυση της σύνθεσης του αέριου τριτίου

Το πείραμα KATRIN προσπαθεί να προσδιορίσει το ανώτατο όριο της μάζας του νετρίνου εξετάζοντας το ενεργειακό φάσμα των ηλεκτρονίων και των ηλεκτρονικών αντινετρίνων που εκπέμπονται από τη ραδιενεργό διάσπαση του τριτίου (ραδιενεργού ισοτόπου του υδρογόνου). Από το ενεργειακό φάσμα των 36 εκατομμυρίων ηλεκτρονίων που έχουν καταγράψει μέχρι τώρα, οι φυσικοί μπόρεσαν να ταυτοποιήσουν αυτό που φαίνεται ως παραμόρφωση της ενεργειακής κατανομής εξαιτίας των νετρίνων. Το πείραμα δεν έχει σχεδιαστεί για να βρει την ακριβή μάζα του νετρίνου, και ούτε θα μπορούσε, καθώς το σωματίδιο αυτό δεν πειθαρχεί σε όλες τις προβλέψεις του Καθιερωμένου Μοντέλου της Σωματιδιακής Φυσικής, το οποίο άλλωστε προβλέπει ότι το νετρίνο έχει μηδενική μάζα. Ομως αποδείχθηκε πειραματικά ότι όχι μόνο έχει μάζα, αλλά η μάζα του μεταβάλλεται, καθώς το νετρίνο παλινδρομεί μεταξύ τριών διαφορετικών παραλλαγών του.

Οι θεωρητικοί φυσικοί εκτιμούν ότι η βαθύτερη κατανόηση του νετρίνου ίσως ανοίξει τεράστια νέα πεδία για τη Φυσική, πέρα από τα όλο και πιο ενοχλητικά όρια του Καθιερωμένου Μοντέλου. Πειράματα όπως το KATRIN μπορούν να φέρουν πιο κοντά αυτές τις ανακαλύψεις.

* Το ηλεκτρονιοβόλτ είναι μονάδα μέτρησης Ενέργειας, αλλά σύμφωνα με την εξίσωση του Αϊνστάιν η Ενέργεια μπορεί να αντιστοιχηθεί με τη μάζα (Ε=mc²). Πέρα από αποφυγή αριθμών με πολλά μηδενικά μετά την υποδιαστολή εφόσον οι μάζες των σωματιδίων εκφράζονταν στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI), το ηλεκτρονιοβόλτ διευκολύνει στη Σωματιδιακή Φυσική, αποτελώντας τη βάση του φυσικού συστήματος μονάδων.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»

Γιατί άλλοι οργανισμοί ζουν μέρες και άλλοι χιλιετίες

Ορισμένα είδη ζουν γρήγορα και πεθαίνουν νωρίς. Αλλα φαίνεται σαν να μη γερνάνε. Για παράδειγμα, ορισμένα είδη χελωνών, ψαριών και σαλαμάνδρων δεν δείχνουν ίχνη εκφυλισμού ή γήρανσης όσο μεγαλώνουν. Αν δεν πεθάνουν από θηρευτή, ατύχημα ή ασθένεια, μπορεί να ζήσουν εξαιρετικά μακρόχρονες ζωές. Ακόμα δεν καταλαβαίνουμε καλά τους μηχανισμούς πίσω από αυτές τις διαφορές. Τα είδη που απειλούνται από θηρευτές συνήθως εξελίσσονται ώστε να αναπτύσσονται γρήγορα και να φτάνουν σε σεξουαλική ωριμότητα ραγδαία. Αλλοι οργανισμοί, που δεν δέχονται τέτοια πίεση για να αναπαραχθούν νωρίς, γερνάνε αργά. Οι καρχαρίες της Γροιλανδίας, για παράδειγμα (στην κορυφή της αλυσίδας τροφής της περιοχής τους), μπορεί να χρειαστούν 150 χρόνια ώστε να φτάσουν σε σεξουαλική ωριμότητα.

Οι μεταλλάξεις του DNA φαίνεται να παίζουν ρόλο στην αναμενόμενη διάρκεια ζωής ενός είδους, με τα πιο μακρόβια να έχουν συνήθως καλύτερα συστήματα επισκευής του DNA, ώστε να προφυλάσσονται από τον καρκίνο. Τα πιο βραχύβια, όπως τα ποντίκια, δεν έχουν τέτοια ικανότητα, καθώς στη φύση συνήθως πεθαίνουν από θηρευτές πριν ο καρκίνος αποτελέσει πρόβλημα. Αντίθετα, τα ποντίκια εργαστηρίου αντιμετωπίζουν πολύ υψηλά ποσοστά καρκίνου.