"Hihetetlen volt, amit láttunk" - Ámulatba ejtette jelenség a fizikusokat

Folyamatosan ellenőriztük magunkat, minden lehetséges hibázási pontot megvizsgáltunk, majd kizártunk, annyira hihetetlen volt, amit láttunk - fogalmazott az

mta.hu-nak nyilatkozva Veres Gábor részecskefizikus, a CERN Nagy Hadronütköztetőjével végzett eddigi legnagyobb energiájú proton-proton ütköztetések meglepő eredményéről. A fiatal tudós, aki más magyar kutatókkal együtt dolgozik az LHC-ben hozzátette ugyanakkor, hogy a fizikusokat ámulatba ejtő jelenség csak nagyszámú adathalmazon mutatható ki. - Egyetlen ütköztetés során keletkező részecskéket vizsgálva, ez a korrelációs hatás nem lenne észrevehető - hangsúlyozta Veres Gábor, hozzátéve, hogy a Journal of High Energy Physics című rangos szakfolyóirat már el is fogadta az erről szóló tudományos beszámolójukat.

Mint azt a kutató elmondta: a meglepő jelenségre úgy derült fény, hogy az elemzések során a proton-proton ütközésekben keletkezett részecskéket a fizikusok minden lehetséges módon párokba állították, és minden pár esetén megmérték a két részecske repülési iránya közötti különbséget hosszanti és keresztirányban. - Nagyon sok olyan részecske párt találtunk, amelyek egymástól ugyan nagyon távoli irányokba repültek, de azimutális irányszögük azonos volt - magyarázta Veres Gábor, aki a jelenség jobb szemléltetésére egy érdekes analógiát hívott segítségül. - Képzeljük el, hogy a földgolyó déli és északi sarkáról egymással szemben, egy időben, azonos sebességgel két protont indítunk el. A részecskék a föld középpontjában ütköznek egymással. Az esemény során nagy számban keletkező új részecskék egészen különböző irányokba repülve távolodnak az ütközés pontjától. Ha minden keletkező részecske esetében megnézzük, hol hagyja el a Föld felszínét, akkor találunk olyan részecskéket, amelyek bár egymástól távol, de ugyanazon a földrajzi hosszúsági körön érik el a felszínt. Ha az egyik megfigyelt részecske Budapesten bukkan fel, akkor a korrelált párja az azonos hosszúsági kör valamely más pontján kerül elő, például valahol Dél-Afrikában. A két részecske a megfigyelés pillanatában tehát egymástól messze van ugyan, de ha ugyanazon hosszúsági kör (időzóna) felé hagyták el az ütközés pontját, akkor a mérés szerint mégis kapcsolatban vannak egymással - magyarázta Veres Gábor. A részecskék közötti ilyen típusú kapcsolatot a fizikusok két-részecske korrelációnak nevezik.

A két-részecske korrelációk nem számítanak ismeretlen jelenségnek a részecskefizikában, hiszen a hatást már több alkalommal megfigyelték a kutatók. Ezek egy része a fizika alapvető törvényeivel magyarázható. - A földgolyó analógiánál maradva, az is egyfajta korreláció, ha a részecskék egymáshoz képest ellentétes irányban érik el a felszínt. Például az egyik Budapesten, párja pedig a bolygó ellentétes pontján, a Hawaii-szigeteken kerül elő. Ezek a fajta korrelációk az impulzus-megmaradás törvényéből következnek - mondta a fiatal kutató. Az LHC-ben végzett proton-proton ütköztetések során kapott korrelációk azért lepték meg mégis a tudósokat, mert ebben az esetben az impulzusok nem az ellentétes, hanem ugyanabba az irányba mutattak. Ehhez hasonló jelenséget a részecskefizikusok korábban csak az amerikai RHIC gyorsítóban végzett ütköztetéseknél tapasztaltak, ahol a nehéz atommagok ütköztetése során nagyon nagy számban keletkeztek új részecskék, és egy ott sem teljesen tisztázott mechanizmus segítségével sok azonos irányszögben kilépő pár keletkezett.

A legújabban megfigyelt két-részecske korreláció lehetséges fizikai magyarázataként Veres Gábor elmondta: az egyik jelenlegi elmélet szerint a nehéz atommagok ütközése során keletkező kiterjedt, sűrű, plazmaállapotú anyag az, ami befolyásolja a kirepülő részecskék útját. - A protonok azonban jóval kisebb és könnyebb részecskék, így a hatás jelentkezése itt nem csak meglepő volt, de a korrelációk eddigi értelmezésének is érdekes fordulatot adhat - véli az ELTE kutatója. A legtöbb fizikus kételkedik abban, hogy a proton-proton ütközések képesek lennének a részecskék mozgását befolyásoló sűrű plazmát létrehozni. - Ha kiderül, hogy valóban más az oka a protonok ütközésében mért korrelációnak, akkor a nehézion ütközések során tapasztalt jelenségek magyarázatát is át kell majd gondolni - mondta Veres Gábor. A fizikus szinte bizonyos abban, hogy nem a részecskefizika standard-modelljén túli jelenséggel állnak szemben. - Valószínű, hogy a két-részecske korrelációk beilleszthetőek az ismert fizikába, de mivel korábban még senki nem végzett ilyen nagyszámú részecskét létrehozó proton-proton ütköztetéseket, ezért a jelenséget kísérleti helyzetben még nem figyelték meg - hangsúlyozta a kutató. A jelenség pontos megértése további kutatást és komoly adatelemzést kíván, ezért a részecskefizikusok még az LHC újabb, 2012-re tervezett leállása előtt szeretnék összegyűjteni az összes nagy részecskeszámú ütközés nyers adatait. - Ekkora mennyiségű adatból remélhetőleg a korrelációk tulajdonságait is mélyebben megértjük majd - mondta Veres Gábor.

Várhatóan 2012-ben egy évre újra leáll a CERN Nagy Hadronütköztetője. Ennek fő oka, hogy okulva a gyorsító 2008-as súlyos meghibásodásából, a mérnökök ellenőrzik, és szükség esetén megjavítják az óriási berendezés mágneses csatlakozóit, mielőtt a gyorsítót a névleges, 14TeV-os csúcsteljesítményre kapcsolnák. A leállás egybeesik azzal a költségvetési döntéssel, amely során öt év alatt mintegy 135 millió svájci frankkal csökken az Európai Részecskefizikai Kutatóintézet anyagi mozgástere. - Az LHC-re épülő kutatásokat a költségvetési megszorítás szerencsére nem veszélyezteti, de más kisebb, ugyanakkor tudományos szempontból nagyon jelentős kutatásokat súlyosan érint - mondta Veres Gábor, hozzátéve: több folyamatban lévő kutatómunka akár egy teljes évre leállhat – írja az mta.hu.