VALENTIN FLAURAUD / AFP
Tudomány

A részecskefizika 48 éves rejtélyét oldották meg magyar kutatók

Egy 48 éve tartó óriási nemzetközi versenyben négy magyar és egy svéd kutatónak sikerült először döntő bizonyítékot találnia egy rendkívül tünékeny részecske, az Odderon létezésére. Az eredményből számos hasonló, összetett részecske létezése is következik, így a felfedezés új fejezetet nyithat az erős kölcsönhatás vizsgálatában. A Wigner Fizikai Kutatóközpont, a MATE Műszaki Intézet, a svédországi Lundi Egyetem és az Eötvös Loránd Tudományegyetem kutatói a rangos European Physical Journal, az EPJ C kötetében közölték páratlan felfedezésüket.

Egy olyan új részecskét sikerült felfedezniük magyar és svéd kutatóknak, amit már 48 éve keresnek – ismertette Csörgő Tamás fizikus, az Európai Akadémia tagja, a Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos tanácsadója és a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem Műszaki Intézetének kutatóprofesszora, a magyar kutatócsoport vezetője egy sajtótájékoztatón. A részecskét a proton-antiproton ütközések során jelentkező impulzuskülönbség miatt elméletben már ismerték, hiszen ezzel a récsecskefizikai szimmetria sérül, de gyakorlatban még soha nem sikerült bebizonyítani a létezését – egészen mostanáig.

„Az eredmény azért is különösen jelentős, mert ismereteim szerint ez az első teljesen meglepetésszerű, váratlan felfedezés a CERN LHC méréseiben, és mindez új fejezetet nyithat az erős kölcsönhatás vizsgálatában” – mutat rá a felfedezés jelentőségére a szakember.

Az Odderon felfedezése fontos mérföldkő az erős kölcsönhatás mély titkainak megértésében

– nyilatkozta Roman Pasechnik, a Lundi Egyetem Csillagászati és Elméleti Fizikai Tanszékének docense.

A részecskefizikában a közmegegyezés szerint akkor nevezhető megfigyeltnek egy jelenség, ha a szigma értéke 5 vagy több – Pasechnik szerint az Odderon felfedezésének értéke valahol 6,2 körül van.

A rugalmas ütközések

Azokat az ütközéseket, amikben nem változik meg a részecskék belső szerkezete, nem törnek össze, rugalmas ütközéseknek nevezzük: ugyanazok a részecskék repülnek tovább, csak kicsit megváltozott irányba, mint az ütközés előtt. Hasonló ez két autó nagyon lassú ütközéséhez, amikor a lökhárítók csak benyomódnak, majd kipattannak és az autókban nem keletkezik maradandó változás, sérülés, törés. A hétköznapok világában, minél nagyobb az ütközés energiája, annál kisebb a rugalmas ütközések esélye: nagy sebességű ütközések esetén összetörik az autó. A részecskék világában azonban fordított folyamat figyelhető meg: minél nagyobb az ütközések energiája, annál nagyobb a valószínűsége, hogy a protonok változatlan formában repülnek ki az ütközésekből. A jelenleg elérhető, legnagyobb LHC energiákon ez az arány már meghaladja a 25 százalékot, tehát az ütközések több mint egynegyed részében az ütköző protonok változatlan formában repülnek ki az ütközés után.

48 éve keresik a részecskét

Az Odderon létezését 1973-ban javasolta először L. Lukaszuk és B. Niculescu. Az Odderon részecske felfedezésére, mérési adatokból történő biztonságos kimutatására azonban napjainkig, 2021-ig, 48 évet kellett várni. Az Odderon megtalálásáért folyó óriási nemzetközi versenyben végül a magyar/svéd kutatócsoport találta meg először a részecske létezésének egyértelmű jelét kísérleti adatokban. Ők a kísérletek által már korábban közölt mérési adatokat rostálták át, elemezték újra, egy új, innovatív, a magyar kutatók által kitalált módszerrel: így érhettek célba elsőként. A felfedezéshez az LHC és a Tevatron maga is kellett, hiszen ilyen nagy energiák alatt nem is lehetne érzékelni az Odderon létezését – így ugyanis az ütközés energiája olyan nagy, hogy minden más, befolyásoló és zavaró tényező elhanyagolható.

VALENTIN FLAURAUD / AFP Az LHC.

Új adatok segítségével a CERN LHC TOTEM kísérlete és az amerikai Tevatron gyorsító D0 kísérlete közös, 463 szerzős kéziratában megerősítette az Odderon felfedezését, óriási anyagi és emberi erőforrások mozgósításával. Ez a sokszerzős tanulmány azonban még nem ment át a szakmai bírálatok tisztítótüzén: jelenleg is bírálat alatt áll egy rangos szakfolyóiratban.

„Az alapvető kutatások célja nem a közvetlen gyakorlati haszon elérése, hanem a minket körülvevő világ mélyebb megértése, és új összefüggések feltárása.”

Ezek az eredmények lezárnak egy 48 éve nyitott tudományos kérdést:

egy új és pici, de számottevő különbséget jelentenek az anyag és az antianyag kölcsönhatásában, a részecskefizika egyébként ismert keretei között” – mondta Novák Tamás, a MATE Műszaki Intézet egyetemi docense.

Mi az Odderon és mi a felfedezés jelentősége?

A modern fizika szerint minden kölcsönhatásért egy-egy részecske cseréje felelős. A jól ismert elektromosság és mágnesesség például a fényrészecskék, a fotonok cseréjével írható le. „Az Odderon cseréje miatt a rugalmas proton-proton és a proton-antiproton ütközések között kis különbség mérhető ki, amit most sikerült először a felfedezés szakmai kritériumainak megfelelő bizonyossággal számszerűsíteni” – mondta Ster András, a Wigner Fizikai Kutatóközpont fizikusa.

A kvantumszíndinamika

Az Odderon felfedezéséből számos új típusú, eddig még meg nem figyelt erősen kölcsönható részecske, icipici színes karika létezése következik. Ennek az a jelentősége, hogy az eddig megfigyelt erősen kölcsönható részecskék nem gluonokból, hanem kvarkokból és antikvarkokból épülnek fel, az Odderon viszont nem tartalmaz sem kvarkokat, sem antikvarkokat: csupán színes gluonokból, ragasztórészecskékből áll. A jelenséget az atommagokat összetartó úgynevezett erős kölcsönhatás elmélete, a kvantumszíndinamika segítségével értelmezhetjük. Világunk anyagát atomok és atomokból felépülő molekulák alkotják. Az atomok nagyon pici, szabad szemmel nem látható, összetett szerkezetek: negatívan töltött elektronok vesznek körül egy pozitívan töltött, néhány femtométer nagyságú, pozitívan töltött atommagot. Az atommagokban pozitív töltésű proton és elektromosan semleges neutron részecskék ragadnak össze az erős kölcsönhatás segítségével, amely azért erős, mert le tudja győzni a pozitív töltésű protonok elektromos taszítását is. A kvantumszíndinamika szerint valamennyi megfigyelhető erősen kölcsönható részecske összetett, fehér színű kombináció, amely színes kvarkokból, antiszínes antikvarkokból és a színek kicserélődését közvetítő „ragasztó részecskékből”, azaz szakszóval gluonokból áll. A kvantum-szín szemmel láthatatlan, de hasonló tulajdonsága van a látható színekhez: a fehér színt például a piros, zöld és kék színek kombinációival lehet kikeverni, hasonlóan a protonokat például piros, zöld és kék kvantum-színű kvarkok kötött állapotaként értelmezhetjük. A gluonon a szín kölcsönhatást közvetítik, a kvarkok egyik színét másik színre cserélik ki, tehát antiszín-szín kombinációk. Három gluon összesen három színt és három antiszínt tartalmazó kombinációja az illusztráció szerinti, helyileg színes, de globálisan szín semleges, fehér azaz megfigyelhető gluon karikát alkothat.

A rugalmas ütközésekben megmarad az energia és a résztvevők sem változnak meg, de lendületet, impulzust cserélnek. Éppen úgy, mint amikor Péter elad egy autót Pálnak: a pénz és az autó is gazdát cserél. Ha azonban Péter autóját Anti Pál veszi meg, hitelre, akkor Anti Pálnak nem csak az autó árát kell majd visszafizetnie, hanem a kölcsön kamatát is meg kell adnia a hitelezőjének.

Péter mindkét esetben ugyanannyi pénzt kap, Pál vagy Anti Pál pedig ugyanazt a kocsit, de mégis van egy aszimmetria a két csere között: ez a hitel kamata. Ebben a hasonlatban Péter és Pál protonokat, Anti Pál pedig antiprotont jelképez, a pénz az energiának, az autó a lendületnek, a kamat pedig az Odderonnak felel meg. Odderon nélkül az azonos energiájú rugalmas proton-proton és proton-antiproton ütközések folyamata az LHC óriási, TeV-es energia skáláján azonos lenne.

Az Odderon létezése tehát sérti világunk egyik részecskefizikai szimmetriáját.

„Fényből nem lehet anyagot, kötött állapotokat, kicsi fénykarikákat létrehozni. Az erős kölcsönhatást közvetítő részecskékből, a gluonokból viszont lehet. Eredményünk szerint nem csak páros, de páratlan számú gluon is kapcsolódhat egymáshoz. Kicsi, helyileg színes, de globálisan szín semleges, fehér karikákat lehet belőlük létrehozni. Ehhez legalább három, páratlan számú gluonra van szükség” – mondta Szanyi István ELTE-s doktorandusz, az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont fiatal kutatója.

Végül, de nem utolsó sorban hangsúlyozni kell az amerikai FNAL Tevatron gyorsítójának D0 kísérletével, és a CERN LHC gyorsítójának TOTEM kísérletével való tudományos együttműködést, partnerséget. Ebből a szempontból is fontos és lényeges, hogy a fő eredmény, az Odderon szakmai kritériumoknak megfelelő bizonyossággal történő kísérleti adatokból történt kimutatása közös mindkét tudományos közleményben. Valóban, úgy tűnik, hogy új fejezet nyílt meg az erős kölcsönhatás vizsgálatában, az Odderon több különböző közleményben történt, közel egyidejű, egy éven belüli kimutatásával.

Wikimedia Commons

Az Odderon egyébként nem az egyetlen olyan részecske, amely elméleti síkon létezik a standard modellben, de nem sikerült még bizonyítani – több olyat keresnek még, amelyben szintén csak gluonok vannak, és kvarkok nincsenek, és amelyek az elmélet több furcsaságára is rámutatnak. az Odderon felfedezése sok ilyen részecske megtalálása előtt nyithatja meg az utat.

A kutatók következő lépése egyébként az, hogy az új részecske minél több tulajdonságát feltárják.

A szakértők azt remélik, hogy az Odderon felfedezése nem csupán a minket körülvevő világ mélyebb megértését és egy hosszú ideig fennálló tudományos probléma megoldását jelenti, hanem azt is, hogy ez a felfedezés egy kis elégedettséget, örömet és boldogságot jelent majd a magyar és a nem magyar adófizetők számára, valamint a tudomány finanszírozásáért felelős szakmai szervezetek számára is, szerte a világon.

Ha kommentelni, beszélgetni, vitatkozni szeretnél, vagy csak megosztanád a véleményedet másokkal, a 24.hu Facebook-oldalán teheted meg. Ha bővebben olvasnál az okokról, itt találsz válaszokat.

A cikkhez ide kattintva szólhatsz hozzá.
Nézd meg a legfrissebb cikkeinket a címlapon!
24-logo

Engedélyezi, hogy a 24.hu értesítéseket
küldjön Önnek a kiemelt hírekről?
Az értesítések bármikor kikapcsolhatók
a böngésző beállításaiban.