Ahogy arról korábban beszámoltunk, komoly esély van rá, hogy hatalmas áttörést értek el magyar tudósok. Az MTA Atomki debreceni kutatói előbb tavaly áprilisban, majd idén januárban is bemutatták eredményeiket. Végül áprilisban amerikai szakemberek publikálták a kísérletre vonatkozó elemzéseiket, melyek később bejárták a tudományos világot. Ezek szerint könnyen elképzelhető, hogy Krasznahorkay Attila csapata igazán jelentős dologra bukkant.
A magyar kutatócsoport eredetileg a sötét fotont szerette volna megtalálni, de végül – lehetséges -, hogy az ötödik alapvető kölcsönhatásra bukkantak rá. Sokan már Nobel-díjat is adnának a felfedezésért, mások tévedéstől tartanak.
Miért is bolydult fel ennyire a szakma, és mi is a különbség a két elmélet között?
A sötét anyag problematikája
A sötét anyag semmilyen elektronikus sugárzást nem bocsát ki, ugyanakkor gravitációs hatásai kimutathatóak. Leegyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy szabad szemmel nem látható, mégis jelen van, olyannyira, hogy a Világegyetem gravitációs tömegében ötször nagyobb részt tesz ki, mint az ismert anyag.
A probléma az, hogy tudjuk, az ismeretlen anyag határozottan létezik, mérni és pontosan meghatározni azonban igen nehézkes a mai műszerekkel.
Az egész olyan, mintha egy étteremben egy asztalnál ülnénk. Előttünk néhány tál ételt látunk: leveseket, főfogásokat és desszerteket, illetve jó néhány ételfedő burával letakart tányért – ezek jelképezik a sötét anyagot.
Pontosan tudjuk, hogy az asztal jelentős részét ismeretlen dolgok teszik ki, de hogy a burák mit is rejtenek, azt képtelenek vagyunk megállapítani. Éppen ezért a szemlélődő megpróbálja a megfogható dolgok alapján megközelíteni azt, ami rejtve van – ennek ellenére könnyen elképzelhető, hogy amit a burák alatt talál majd, az cseppet sem hasonlít a többi ételre.
A kutatók hasonló módon haladva napjainkban a sötét anyagot az elektromágneses kölcsönhatás analógiáján keresztül, a sötét foton irányából akarják megismerni. Ez a fogalom a sötét anyag részecskéi közti kölcsönhatást írja le, ugyanakkor könnyen elképzelhető az is, hogy a sötét foton a látható világgal is kapcsolatba léphet.
De mi is az a bizonyos négy kölcsönhatás?
A nagy négy és a bozonok
Jelenlegi tudásunk szerint a természetben négy alapvető kölcsönhatás létezik. Ezek a hagyományos elemi részecskék, azaz fermionok közt jönnek létre, közvetítő részecskék, azaz bozonok segítségével. Ez a gyakorlatban annyit jelent, hogy amikor két fermion találkozik, létrejön a bozoncsere – azaz a kölcsönhatás – és végül két módosult fermion távozik.
Másképp fogalmazva négy alapvető kölcsönhatást ismerünk, melyekből a világunk felépül – a többi kölcsönhatás pedig ezekre vezethető vissza. Ennek megfelelően mindnek megvan a maga közvetítő részecskéje, melyek más-más töltésűek, más hatótávolságúak, illetve más erejűek, sőt, különböző részecskékre vannak hatással.
A négy erő a következő: gravitációs, gyenge, erős és elektromágneses, melyeknek jellemzőit a következő táblázatba szedtük össze:
Mielőtt nagyon belemélyedne a táblázat tanulmányozásába, megpróbáljuk egy analógiával szemléltetni az alapvető erők jelentőségét. Képzeljük el, hogy egy Legóból épített házat szemlélünk, amely négyféle elemet tartalmaz. Mindegyiknek megvan a maga formája, nagysága, funkciója, és ennek megfelelően máshova kerültek az összeszerelés során.
A készletben megtalálható a lapos alap, a klasszikus kétszer négyes tégla, az egyszer kettes építőelem és egy henger alakú test. Pontosan tudjuk, hogy mi-mire jó. Akadnak olyan darabok – mint amilyen az alap – mely mindenre hatással van, hiszen erre kezdtek el építkezni, ugyanakkor a végeredménynél kevésbé szembeötlő. A házikóban viszont megtalálható az egészen kicsi, egyszer kettes elem is, amelyet csak speciális helyeknél használtak fel, ott viszont elengedhetetlen volt.
A darabkáknak gyakorlatilag egy közös tulajdonsága van: felhasználásukkal jött létre az építmény. Most képzeljük el, hogy a házikó felnyitásával valami egészen megdöbbentőt találnánk, egy új, eddig ismeretlen elemet.
Az alapvető kölcsönhatásokkal tehát elvileg az egész ismert világot le lehet írni. Viszont akad egy kis probléma, a máig leírhatatlan sötét anyagé, amely komoly fejtörést okoz a kutatóknak. Annak a bizonyos sötét fotonnak a felkutatása éppen ezért vált igen fontossá – azzal ugyanis sok kérdést meg lehet magyarázni.
A magyar felfedezés jelentősége
A debreceni kutatók éppen a sötét fotont kutatták, amikor valami olyat érzékeltek, melyet a mai magfizikai ismeretek alapján nem tudtak megmagyarázni. A szakemberek ezért a jelenség okát egy eddig ismeretlen, semleges részecske bomlásaként azonosították.
Nem sokkal korábban egy új elmélet pedig pont egy ismeretlen, kis tömegű részecske létezését fogalmazta meg, ennek tulajdonságai egyeznek a sötét foton várható tulajdonságaival. Krasznahorkayék a kísérleti módszereket többször pontosították, így végül kizárták, hogy mérési hiba történt volna. A csoport végül arra jutott, hogy felfedezésüknek köze lehet a sötét fotonhoz.
Áprilisban azonban az arXiv-en megjelent tanulmány mást mond. Az amerikai kutatók szerint a felfedezett részecske több értékben is eltér a feltételezett sötét fotontól, ezért valójában az ötödik alapvető erőről, és a protonfóbiás X bozonról beszélhetünk – tehát egy új, alapvető kölcsönhatás részecskéjéről.
Az elképzelés szerint a legfontosabb különbség a foton és a sötét foton, illetve az új bozon között, hogy míg előbbiek elektronok és protonok között, addig utóbbi elektronok és neutronok között közvetíti a kölcsönhatást.
Csak semmi kapkodás, még semmi sem biztos
A hírre valósággal felbolydult a fizikusok világa. A tervek szerint a következő egy évben az Egyesült Államokban és Európában – így Magyarországon is – indulnak majd kutatások az elmélet alátámasztására, cáfolására, illetve a jelenség egyéb magyarázatának megkeresésére.
Hogy az eredmények tényleg a sötét fotonra, vagy mégis inkább a protonfóbiás X bozonra, esetleg valami egészen másra utalnak, természetesen még kérdéses. Sokan szkeptikusan állnak ehhez, mivel korábban is előfordult, hogy bejelentettek hasonló felfedezést.
Ettől függetlenül a magyar mérések mindenképp figyelemreméltóak, valóban lázba hozták a tudósokat.
Ha kiderülne, hogy vagy a magyar, vagy az amerikai kutatócsoportnak igaza van, az az utóbbi évek egyik legnagyobb felfedezése lehetne, amely sok fizikai elméletet írna felül. Amennyiben ez tényleg megtörténik, az elmélet megalkotója és bizonyítója – vagy akár az alapkísérlet létrehozója – komoly esélyes lehetne egy nemzetközi tudományos elismerésre.
