Ποιο είναι το πιο γρήγορο πράγμα στη Γη;

Σωματίδια από το διάστημα μεγεθύνονται συνεχώς στη Γη. Ποιο όμως είναι το πιο γρήγορο;

Ένα διαστημικό σκάφος που εκτοξεύεται, ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο που κάνει φερμουάρ γύρω από μια πίστα, ένα τσιτάχ που τρέχει προς το θήραμά του — ο πλανήτης μας είναι γεμάτος από επιτεύγματα υψηλής ταχύτητας.

Αλλά ποιο είναι το πιο γρήγορο πράγμα στη Γη; Η απάντηση εξαρτάται από το πώς ορίζετε το «πράγμα» και το «στη Γη». Και οι κορυφαίοι υποψήφιοι – νετρίνα και φωτόνια – δεν μπορούν να φανούν με γυμνό μάτι.

Η πιο προφανής απάντηση φαίνεται να είναι ελαφριά. Στο κενό, το φως ταξιδεύει περίπου 186.000 μίλια το δευτερόλεπτο (300.000 χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο). Τίποτα στο σύμπαν που γνωρίζουμε δεν μπορεί να ξεπεράσει αυτήν την ταχύτητα.

Το φως είναι ένα πράγμα, όμως; Οι φυσικοί δεν συμφωνούν πλήρως σε αυτό. Κάποιοι λένε όχι, γιατί το φως δεν έχει μάζα. Άλλοι λένε ναι – λόγω των ιδιορρυθμιών της κβαντικής μηχανικής , το φως είναι ταυτόχρονα κύμα και σωματίδιο. Και οι περισσότεροι φυσικοί συμφωνούν ότι τα σωματίδια είναι πράγματα.

Στο κενό του διαστήματος , αυτά τα σωματίδια, που ονομάζονται φωτόνια, είναι τα πιο γρήγορα πράγματα, σύμφωνα με τον John Matthews , φυσικό στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα.

Κάτω στη Γη, γίνεται λίγο πιο περίπλοκο, εκτός κι αν βρίσκεστε σε θάλαμο κενού. Μόλις ένα φωτόνιο χτυπήσει την ατμόσφαιρα της Γης, επιβραδύνει ελαφρώς. Και τότε, υπό τις κατάλληλες συνθήκες, θα μπορούσε να έχει κάποιο ανταγωνισμό. Αυτό συμβαίνει επειδή δεν επιβραδύνονται όλα τα σωματίδια από την ατμόσφαιρα όπως τα φωτόνια, είπε ο Matthews στο Live Science.

Ο Μάθιους είναι μέρος μιας ομάδας που έχει ανιχνεύσει πολλά πολύ γρήγορα σωματίδια που προέρχονται από κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας , βροχές υποατομικών σωματιδίων που πέφτουν βροχή στη Γη από το διάστημα. Ένα από αυτά τα σωματίδια, που ονομάστηκε σωματίδιο Oh-My-God , εντοπίστηκε από τους συναδέλφους του το 1991, από την κοσμική ακτίνα υψηλότερης ενέργειας που δεν έχει ακόμη εντοπιστεί.

Σωματίδια σαν αυτά ξεκινούν πολύ κοντά στην ταχύτητα του φωτός στο κενό. Αλλά όταν χτυπούν την ατμόσφαιρα της Γης, «από τη φύση τους, απλώς συνεχίζουν να προχωρούν», είπε ο Μάθιους. «Άρα υπερβαίνουν την ταχύτητα του φωτός στην ατμόσφαιρα».

Αυτό κάνει τα σωματίδια Oh-My-God μεταξύ των πιο γρήγορα πράγματα με μάζα στη Γη, αλλά δεν είναι στην κορυφή. Αντίθετα, το νετρίνο παίρνει αυτό το βραβείο, σύμφωνα με τον Justin Vandenbroucke , σωματιδιακό φυσικό στο Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison.

Το σωματίδιο Oh-My-God είναι πιθανώς ένα πρωτόνιο, ή τουλάχιστον παρόμοιο με πρωτόνιο – αρκετά μεγάλο στην κλίμακα των υποατομικών σωματιδίων. Η μάζα ενός νετρίνου είναι τουλάχιστον 10 δισεκατομμύρια φορές μικρότερη από αυτή ενός πρωτονίου, επομένως, χάρη στους βασικούς νόμους της φυσικής, μπορεί να ταξιδέψει ακόμη πιο γρήγορα εάν του δοθεί η ίδια ποσότητα ενέργειας.

Αλλά ενώ τα νετρίνα μπορούν, θεωρητικά, να πάνε πολύ γρήγορα, είναι αρκετά δύσκολο να τα εντοπίσουμε στην πράξη. «Τα νετρίνα είναι περίφημα ντροπαλά», είπε ο Vandenbroucke στο Live Science.

Σε ένα μακροπρόθεσμο πείραμα στον Νότιο Πόλο – που εύστοχα ονομάζεται IceCube – οι φυσικοί τοποθέτησαν ανιχνευτές μέσα σε ένα κομμάτι πάγου μήκους 0,2 κυβικών μιλίων (1 κυβικό χιλιόμετρο), ελπίζοντας να βρουν νετρίνα υψηλής ενέργειας. Μέσα στον πάγο, ένα νετρίνο με αρκετή ενέργεια μπορεί να ταξιδέψει πιο γρήγορα από το φως. Όταν αυτό το νετρίνο υψηλής ενέργειας συγκρούεται με τον πυρήνα ενός ατόμου στον πάγο, μπορεί να παράγει φορτισμένα υποατομικά σωματίδια που ταξιδεύουν επίσης ταχύτερα από το φως. Αυτά τα γρήγορα σωματίδια εκπέμπουν μια λάμψη φωτός γνωστή ως ακτινοβολία Cherenkov, καθιστώντας το νετρίνο έμμεσα ανιχνεύσιμο.

Και το 2016, οι επιστήμονες του IceCube εντόπισαν το νετρίνο με την υψηλότερη ενέργεια που έχει αξιολογηθεί προσεκτικά ακόμα.

«Από όσο γνωρίζουμε, αυτά είναι τα ταχύτερα σωματίδια που έχουν δει ποτέ», είπε ο Bill Louis , ένας φυσικός στο Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος, στο Live Science. Κανένα σωματίδιο με μάζα δεν μπορεί να φτάσει την ταχύτητα κενού του φωτός, αλλά αν είναι πολύ ελαφρύ και έχει πολλή ενέργεια, μπορεί να πλησιάσει πολύ.

Πόσο κοντά; Για να διατηρήσει τις ταχύτητες ευθείες, ο Vandenbroucke θέλει να σκέφτεται με όρους 9s. Κάτι που κινείται με 99,99% την ταχύτητα του φωτός θα έχει τέσσερα 9s. Το υπεργρήγορο νετρίνο που εντοπίστηκε το 2016 θα είχε 33 9s, είπε ο Vandenbroucke. Και το σωματίδιο Oh-My-God θα είχε κάπου μεταξύ 20 και 24 9s, σύμφωνα με τους υπολογισμούς του. Αυτό το σωματίδιο είχε περισσότερη ενέργεια, αλλά ήταν επίσης πολύ πιο μαζικό.

Για σύγκριση, οι μεγαλύτερες ταχύτητες που επιτυγχάνονται από σωματίδια σε ανθρωπογενείς επιταχυντές σωματιδίων όπως ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων του CERN θα έχουν μόλις επτά 9 δευτερόλεπτα.

Εν τω μεταξύ, αυτά τα εξαιρετικά γρήγορα σωματίδια που σημειώνουν ρεκόρ “παράγονται από φυσικούς επιταχυντές σωματιδίων στο σύμπαν “, είπε ο Vandenbroucke. «Δεν ξέρουμε πώς λειτουργούν, αλλά πραγματικά σας λέει πόσο εκπληκτική είναι η φύση σε σύγκριση με τους ανθρώπους».