Ισχύει η βαρύτητα με τον ίδιο τρόπο για όλα τα σωματίδια στο σύμπαν ή υπάρχουν διαφορές ανάμεσα στην κοινή και την εξωτική ύλη; Ερευνητική ομάδα από το ETH Ζυρίχης και το Ινστιτούτο Paul Scherrer πραγματοποίησε ένα σημαντικό βήμα για να μετρήσει τη βαρυτική αλληλεπίδραση του μιονίου, ενός σωματιδίου που ανήκει στη δεύτερη γενιά ύλης. Το πείραμα εστιάζει στο ουδέτερο άτομο μιονίου, το οποίο αποτελείται από ένα θετικά φορτισμένο αντιμιόνιο και ένα ηλεκτρόνιο.
Το αίνιγμα της αρχής της ισοδυναμίας
Η αρχή της ισοδυναμίας μεταξύ βαρυτικής και αδρανειακής μάζας αποτελεί θεμέλιο λίθο της θεωρίας της σχετικότητας. Ωστόσο, έχει επιβεβαιωθεί μόνο για την κοινή ύλη και την αντικείμενη ύλη της πρώτης γενιάς. Η μελέτη του μιονίου προσφέρει για πρώτη φορά τη δυνατότητα εξέτασης της βαρυτικής συμπεριφοράς ενός σωματιδίου δεύτερης γενιάς. Επειδή τα μιόνια διασπώνται μέσα σε μόλις 2,2 μικροδευτερόλεπτα, η παραγωγή μιας κατάλληλης δέσμης αποτελούσε μέχρι σήμερα τεράστια πρόκληση.
Η χρήση του υπερρέοντος ηλίου
Η επιστημονική ομάδα κατάφερε να παράγει «ψυχρά» άτομα μιονίου, τα οποία κινούνται με παρόμοιες ταχύτητες και σχεδόν παράλληλα μεταξύ τους. Αυτό επιτεύχθηκε με τη διοχέτευση των αντιμιονίων σε ένα λεπτό στρώμα υπερρέοντος ηλίου κοντά στο απόλυτο μηδέν. Η αλληλεπίδραση των σωματιδίων στη ρευστή αυτή κατάσταση μετατρέπει το χημικό δυναμικό σε κινητική ενέργεια, εκτοξεύοντας τα άτομα μιονίου κατακόρυφα έξω από το υγρό με σταθερή ταχύτητα.
Προοπτικές για μια πέμπτη δύναμη
Στο επόμενο στάδιο, οι ερευνητές αναπτύσσουν ένα συμβολόμετρο που θα μετρήσει τη μικρή μετατόπιση στο πρότυπο συμβολής, η οποία προκαλείται από τη βαρυτική έλξη της Γης. Εάν διαπιστωθεί ότι η βαρύτητα ενεργεί διαφορετικά σε αυτό το εξωτικό άτομο, το αποτέλεσμα θα μπορούσε να υποδείξει την ύπαρξη μιας άγνωστης πέμπτης θεμελιώδους δύναμης στη φυσική.
