Nimeni nu a observat vreodată vreun indiciu al dezintegrării protonului. Aceasta ar putea fi o situaţie dezamăgitoare pentru fizicieni, dar ea este o veste bună pentru Univers. În cazul în care se va dovedi că este posibilă dezintegrarea protonului atunci aceasta ar putea fi începutul sfârşitului pentru tot ceea ce există. Iată de ce.
Cum putem începe discuţia noastră cu protoni şi să o încheiem cu sfârşitul Universului? Vom începe mai întâi cu ceea ce se află în aceşti protoni. În interiorul protonilor se află quarcuri. Quarcurile reprezintă una dintre cele două categorii de particule fundamentale pe care le cunoaştem.
Quarcurile sunt supuse acţiunii forţei nucleare tari, forţa care ţine unite particulele în interiorul nucleului. Fiecărui quarc îi este atribuit în esenţă un număr barionic egal cu 1/3. Cei mai cunoscuţi barioni sunt protonii şi neutronii care conţin fiecare câte trei quarcuri, ceea ce înseamnă că lor le corespunde un număr barionic egal cu 1. De asemenea, sunt renumiţi şi antiprotonii, cei care au un număr barionic negativ. Deci, în cazul în care protonii şi antiprotonii au fost creaţi în acelaşi timp, numărul total barionic este zero. Deoarece sarcina electrică a quarcurilor din protoni şi neutroni este puţin diferită, cele două particule se comportă din punct de vedere electric diferit. Ele au, de asemenea, o masă uşor diferită. Neutronul are o masă puţin mai mare decât cea a protonului, ceea ce înseamnă că el poate fi implicat într-o transformare care include o altă componentă fundamentală a materiei din Univers.
Leptonii sunt diferiţi faţă de quarcuri. Din rândul acestor particule putem menţiona electronul, neutrinul şi omologii lor antineutrinul şi antielectronul. Niciuna dintre aceste particule nu este influenţată de forţa nucleară tare. Leptonilor le corespund numere leptonice pozitive, iar antileptonilor numere leptonice negative.
Numerele leptonice şi numerele barionice par lipsite de sens până când aflaţi că nu a fost observată nicio reacţie din Univers care să ducă la schimbarea numărului total de barioni sau de leptoni. Acest lucru a dus la formularea legilor de conservare a numărului barionic şi a celui leptonic. Gândiţi-vă la ele ca la legile de conservare a energiei sau a masei. O schimbare bruscă a numărului leptonic ar fi ca şi cum un măr ar dispare în neant sau ca şi cum o explozie de energie ar veni de nicăieri.
Din acest motiv oamenii de ştiinţă au fost surprinşi la început de interacţiunea dintre leptoni şi quarcuri în procesul de dezintegrare a neutronului. Atunci când un neutron se dezintegrează el se transformă într-un proton şi elimina un electron. Din moment ce un proton este încărcat electric pozitiv şi un electron este încărcat electric negativ, sarcina electrică se conservă, dar oamenii de ştiinţă au crezut că numărul leptonic s-a schimbat complet. Mai târziu ei şi-au dat seama că această dezintegrare implică emisia unui antineutrin (în mod particular, aici este vorba despre un antineutrin electronic, acesta fiind un neutrin asociat cu interacţiunile dintre electroni.) Deoarece electronul are numărul leptonic +1 iar antineutrinul electronic are numărul -1, numărul s-a conservat, la fel ca în cazul masei şi a sarcinii electrice. Dezintegrarea neutronului a implicat în totalitate forţa slabă, ceea ce înseamnă că forţa tare nu a avut nicio influenţa asupra leptonilor. Şi totul era bine.
Protonii sunt cei mai uşori barioni. Ei nu se pot dezintegra în orice altceva, cu excepţia cazului în care quarcurile lor se descompun în particule mai uşoare. Dar acest lucru ar scădea numărul de barioni şi ar creşte numărul de leptoni. S-a decis că acest lucru nu se poate întâmpla.
În continuare şi-a făcut apariţia marea teorie unificată (GUT-Grand Unified Theory). Aceasta este o teorie care nu a fost încă elaborată şi care consideră că toate forţele pot fi echivalente până la un anumit nivel şi că ele pot fi explicate printr-un concept unificator bazat pe cuantificare. Această idee este foarte atrăgătoare. Problema este că în cazul în care forţa tare şi forţa slabă sunt echivalente atunci leptonii şi barionii sunt, de asemenea, echivalenţi. Vă amintiţi de conservarea masei şi a energiei? Acest lucru ar fi similar ecuaţiei deduse de Einstein E=mc2 prin care masa şi energia sunt echivalente şi din care rezultă că ele se pot înlocui reciproc una pe alta. Brusc un măr ar putea dispărea şi o explozie de energie ar putea apare. Materia poate fi convertită în energie. În conformitate cu marea teoria unificată barionii ar putea fi convertiţi în leptoni. În acest fel numărul barionic şi numărul leptonic nu se mai conservă.
Protonii s-ar putea dezintegra în pozitroni şi pioni. Deşi există diverse scenarii propuse pentru dezintegrarea protonilor oamenii de ştiinţă cred că protonii au o durată aproximativă de viaţă cuprinsă între 1025 şi 1033 ani. Şi asta este păcat deoarece în acel moment Universul va avea o mulţime de probleme. Într-o perioadă de 1030 ani stelele din Univers se vor îndepărta atât de mult unele de altele şi vor arde până când totul va fi cuprins de întuneric. Energia este cea care organizează atomii, energia gravitaţională este cea care aduce particulele împreună pentru a se forma stele şi planete, energia solară este cea care încălzeşte planetele dând vieţii o şansă. În acea perioadă cele mai intense explozii de energie vor fi cauzate de materia care se prăbuşeşte în găurile negre. Şi aceasta ar putea fi singura metodă de a obţine energie din Univers. Şi nici măcar astfel nu se va mai obţine energie deoarece materia pur şi simplu se va descompune. Odată ce barionii s-au transformat în leptoni nu mai există nicio şansă de a reuşi să-i creăm din nou fără să utilizăm o mare cantitate de energie în acest scop. Dezintegrarea protonului înseamnă că orice civilizaţie, ca şi toată materia de altfel, va dispărea literalmente ca atunci când hidrogenul se dizolvă în particule mai mici.
Traducere de Cristian-George Podariu după how-one-tiny-particle-could-end-the-universe
