Οι Πιο Ισχυροί Επιταχυντές Σωματιδίων στο Σύμπαν Δεν Είναι Ανθρώπινες Κατασκευές. Υπάρχουν Γύρω μας Εδώ και Δισεκατομμύρια Χρόνια

Ο Μεγάλος Επιταχυντής Αδρονίων (Large Hadron Collider) στη Γενεύη είναι η πιο ισχυρή μηχανή επιτάχυνσης σωματιδίων που έχτισε ποτέ η ανθρωπότητα. Χρειάστηκε δεκαετίες σχεδιασμού, χιλιάδες επιστήμονες και δισεκατομμύρια ευρώ για να κατασκευαστεί. Και ωστόσο, αποδεικνύεται ότι η φύση έχει ήδη χτίσει κάτι εξίσου ισχυρό και το έχει κάνει γύρω από σχεδόν κάθε πλανήτη με μαγνητικό πεδίο στο σύμπαν.

Τι είναι οι ζώνες ακτινοβολίας;

Φανταστείτε έναν τεράστιο αόρατο δακτύλιο που περιβάλλει έναν πλανήτη, γεμάτος από ηλεκτρόνια και πρωτόνια που κινούνται με εκπληκτικές ταχύτητες. Αυτή είναι μια ζώνη ακτινοβολίας.

Η Γη έχει δύο από αυτές τις γνωστές Ζώνες Van Allen, που ανακαλύφθηκαν το 1958 από τον φυσικό James Van Allen. Ο Δίας διαθέτει μερικές από τις πιο ισχυρές του ηλιακού μας συστήματος. Ο Κρόνος, ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας έχουν επίσης τις δικές τους. Ακόμα και ορισμένοι καφέ νάνοι αντικείμενα πολύ μεγάλα για πλανήτες αλλά πολύ μικρά για άστρα φαίνεται να διαθέτουν ζώνες ακτινοβολίας.

Οι ζώνες αυτές δεν παράγουν τα δικά τους σωματίδια. Τα «συλλαμβάνουν» από τον ηλιακό άνεμο τη συνεχή ροή φορτισμένων σωματιδίων που εκπέμπει κάθε άστρο και στη συνέχεια τα επιταχύνουν μέσω πολύπλοκων αλληλεπιδράσεων με το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη.

Η νέα ανακάλυψη

Για δεκαετίες, οι επιστήμονες κατανοούσαν τη βασική λειτουργία αυτών των ζωνών, αλλά δεν μπορούσαν να υπολογίσουν με ακρίβεια το ανώτατο όριο ενέργειας που μπορούν να δώσουν σε ένα σωματίδιο. Τώρα, ο Adnane Osmane, Αναπληρωτής Καθηγητής Φυσικής Διαστήματος στο Πανεπιστήμιο του Ελσίνκι, δημοσίευσε ένα μοντέλο που απαντά σε αυτό το ερώτημα με εκπληκτική απλότητα.

Το μοντέλο έχει μόνο μία μεταβλητή: την ισχύ του μαγνητικού πεδίου στην επιφάνεια του πλανήτη. Δώσε αυτή την τιμή στο μοντέλο, και θα σου πει ποια είναι η μέγιστη ενέργεια που μπορεί να αποκτήσει ένα σωματίδιο μέσα στη ζώνη ακτινοβολίας.

Το φυσικό «φρένο»

Η βασική ιδέα πίσω από το μοντέλο είναι αυτή που οι επιστήμονες ονομάζουν «φυσικό φρένο». Καθώς η ζώνη ακτινοβολίας επιταχύνει σωματίδια, τα ίδια τα σωματίδια αρχίζουν να εκπέμπουν ενέργεια. Σε κάποιο σημείο, αυτή η απώλεια ενέργειας εξισορροπεί την επιτάχυνση και η ζώνη «χτυπά» ένα ανώτατο όριο που δεν μπορεί να ξεπεράσει, ανεξάρτητα από το πόσο ισχυρό είναι το μαγνητικό πεδίο.

Αυτό το ανώτατο όριο υπολογίζεται σε περίπου 7 τεραηλεκτρονιοβόλτ δηλαδή περισσότερο από ένα τρισεκατομμύριο φορές την ενέργεια ενός φωτονίου ορατού φωτός. Για να καταλάβετε την κλίμακα: αυτές είναι οι ενέργειες που επιτυγχάνει το Μεγάλο Αδρονικό Επιταχυντή στη Γενεύη ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων που έχτισε ποτέ ο άνθρωπος.

Η φύση, αποδεικνύεται, εκτελεί παρόμοια πειράματα εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.

Τι σημαίνει αυτό για την αναζήτηση ζωής

Το μοντέλο του Osmane δεν έχει σημασία μόνο για την κατανόηση των πλανητών του ηλιακού μας συστήματος. Μπορεί να εφαρμοστεί και σε εξωπλανήτες πλανήτες γύρω από άλλα άστρα.

Η ύπαρξη ζώνης ακτινοβολίας προδίδει την παρουσία μαγνητικού πεδίου. Και το μαγνητικό πεδίο θεωρείται ένα από τα κλειδιά για την κατοικησιμότητα ενός πλανήτη: προστατεύει την επιφάνεια από επικίνδυνη ακτινοβολία και βοηθά στη διατήρηση της ατμόσφαιρας για γεωλογικές χρονικές κλίμακες εκατομμύρια και δισεκατομμύρια χρόνια.

Το μοντέλο προτείνει επίσης ποια ραδιοκύματα θα μπορούσαν να προδώσουν την παρουσία ζώνης ακτινοβολίας και άρα μαγνητικού πεδίου γύρω από εξωπλανήτες που δεν μπορούμε ακόμα να επισκεφτούμε. Αυτό ανοίγει μια νέα οδό για την αναζήτηση κόσμων που θα μπορούσαν να υποστηρίξουν ζωή.

Ο πιο ισχυρός επιταχυντής είναι δωρεάν

Υπάρχει κάτι βαθιά συγκινητικό σε αυτή την ανακάλυψη. Οι άνθρωποι ξοδέψαμε δεκαετίες και δισεκατομμύρια για να φτάσουμε τα όρια της φυσικής με τον LHC. Και αποδεικνύεται ότι η φύση έχει κάνει το ίδιο με μια απλή εξίσωση που εξαρτάται από ένα μόνο νούμερο γύρω από κάθε πλανήτη με αρκετά ισχυρό μαγνητικό πεδίο.

Ο πιο ισχυρός επιταχυντής σωματιδίων στο σύμπαν δεν κρύβεται σε κάποιο εργαστήριο. Βρίσκεται γύρω μας αόρατος, αθόρυβος, και σε λειτουργία εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.