"Hihetetlen volt, amit láttunk" - Ámulatba ejtette jelenség a fizikusokat
Új, korábban nem tapasztalt jelenséggel szembesültek a proton-proton ütközésekben keletkezett részecskék elemzése során a Nagy Hadronütköztető (LHC) CMS detektoránál végzett kísérleteiben részt vevő nemzetközi kutatócsoport tagjai. A fizikusok, köztük az MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézetének munkatársai azt figyelték meg, hogy az ütközés pillanatában keletkezett részecskék között vannak olyanok, amelyek nem függetlenek egymástól.
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.