Η Υλη σε Υψηλές Ενέργειες

Οι κοσμικές ακτίνες αποτελούν ένα συναρπαστικό φυσικό εργαστήριο υψηλών ενεργειών, στο οποίο είναι δύσκολο να εργαστεί κανείς. Τα σωματίδια των κοσμικών ακτίνων φτάνουν χωρίς προειδοποίηση, από όλες τις κατευθύνσεις με πολύ διαφορετικές ενέργειες.

Προκειμένου να μελετήσουν τις συγκρούσεις σωματιδίων υψηλών ενεργειών, με καλύτερα ελεγχόμενες συνθήκες, οι φυσικοί επιστήμονες χρησιμοποιούν εργαστήρια όπως το CERN, όπου επιταχυντές συγκρουόμενων σωματιδίων υψηλών ενεργειών μιμούνται τη δράση των κοσμικών ακτίνων στην ατμόσφαιρα. Σήμερα, σ' αυτά τα πειράματα επιτυγχάνονται ενέργειες οι οποίες υπήρχαν στο Σύμπαν μόνο τις πρώτες στιγμές της ύπαρξής του.

Πειράματα στις υψηλές ενέργειες έχουν αποκαλύψει νέα στοιχειώδη σωματίδια της ύλης τα οποία ζουν πολύ λίγο ώστε να αναγνωριστούν στις μελέτες των κοσμικών ακτίνων. Ένα από τα πρώτα που βρέθηκαν ήταν ένα τρίτο σωματίδιο με φορτίο ίδιο με εκείνο του ηλεκτρονίου, αλλά πάρα πολύ βαρύτερο τόσο από το ηλεκτρόνιο όσο και από τον άλλο συγγενή του, το μιόνιο. Αυτό το νέο σωματίδιο, που ονομάζεται ταυ, είναι 3550 φορές βαρύτερο από το ηλεκτρόνιο, και ζει μόνο ένα τρίτο του εκατομμυριοστού του εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου. (0.3 x 10^-12 sec).

Το ταυ μεταλλάσσεται στο ελαφρύτερό του ηλεκτρόνιο ή σε μιόνιο, ή ακόμα και σε σωματίδια γνωστά ως πιόνια. Με οποιοδήποτε τρόπο κι αν διασπαστεί, δημιουργεί πάντα το ουδέτερο ελαφρύ ισοδύναμό του, το νετρίνο του ταυ.

Αλλα βαριά σωματίδια που δημιουργούνται σε συγκρούσεις υψηλών ενεργειών είναι σύνθετα σωματίδια, τα οποία αποτελούνται από κουάρκ, όπως το πρωτόνιο. Παρόλα αυτά, τα σωματίδια αυτά είναι πολύ βαρύτερα γιατί περιέχουν βαριά κουάρκ, που δημιουργούνται μόνο σε υψηλότερες ενέργειες. Υπάρχουν τρία βαρύτερα κουάρκ, που ονομάζονται "γοητευτικό" (charm), "χαμηλό" (bottom) και "ψηλό" (top). Με αυτά ο αριθμός των γνωστών κουάρκ γίνεται έξι.

Αντίθετα από τα ελαφρύτερα "άνω", "κάτω" και "παράξενο" κουάρκ, τα τρία βαρύτερα κουάρκ έχουν περισσότερη μάζα από σύνθετα σωματίδια όπως το πρωτόνιο. Το "γοητευτικό" (charm) κουάρκ είναι μιάμιση φορά βαρύτερο από το πρωτόνιο, το "χαμηλό" (bottom) κουάρκ σχεδόν πέντε φορές βαρύτερο, ενώ το "υψηλό" (top) κουάρκ έχει μάζα σχεδόν 200 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του πρωτονίου.