Magyar fizikusok sikere: először igazolták az évtizedes sejtést
Magyar fizikusoknak sikerült először igazolni azt a sejtést, hogy nehézionok ütközése során egy bizonyos, a szubatomi részecskék között korábban elveszettnek vélt szimmetria visszatér. A szakma figyelmét felkeltő eredményt Csörgő Tamás, Sziklai János és Vértesi Róbert, az MTA Részecske és Magfizikai Kutatóintézet munkatársai az igen rangos Physical Review Letters szakfolyóiratban 2010 október 25-én közölték.
A magyar fizikusok az Egyesült Államok Brookhaveni Nemzeti Kutató Intézet RHIC részecskegyorsítójában az arany-arany atommagok ütközését vizsgálták. A kísérletben igen forró és sűrű, folyékony halmazállapotú új anyag, úgynevezett tökéletes kvarkfolyadék keletkezett. A kezdetben rendkívül forró, mintegy négy billió kelvin hőmérsékletű, erősen kölcsönható kvark-gluon plazma tágulni és hűlni kezdett, majd a hadronizációnak nevezett folyamat során két billió kelvin körüli hőmérsékleten kvarkok és anti-kvarkokból álló részecskék, azaz mezonok és barionok sokaságává alakult át, és egy szempillantásnál is sokkal rövidebb idő, kevesebb mint 10 a -22-en másodperc alatt létrehozta az η (éta) és az η' (éta vessző) mezonokat, valamint nagyszámú további részecskét – írja az
mta.hu.- Az η és az η' mezonok szinte ikertestvérek - azonos kvarkokból, nagyon hasonló módon épülnek fel, ám az η' mezon mégis minden eddigi kísérletben majdnem kétszer nagyobb tömegűnek mutatkozott, mint ikertestvére. A STAR és a PHENIX kísérletek adatainak elemzése során azonban azt vettük észre, hogy amikor ezek a részecskék megszületnek, az η' mezon a szokásos tömegénél számottevően könnyebb lett, tömege a mérési hibán belül megegyezik az η mezonok tömegével - magyarázta a kutatásokat vezető Csörgő Tamás a felfedezés jelentőségét. A tudós a jelenséget ahhoz hasonlította, mintha egy ikerpár túlsúlyos tagja egy szempillantás alatt megszabadulna súlyfeleslegétől, és tökéletes alakú, karcsú ikertestvéréhez válna hasonlóvá. A fizikusok szerint a tömegcsökkenéssel a mezonok között egy olyan szimmetria áll helyre, amely megjelenését, az elméleti szakemberek számításai alapján, a kísérleti fizikusok már régóta szerették volna megpillantani és azonosítani. Az η és az η' szimmetrikus állapota azonban nem marad tartós, az η' részecske nagyon gyorsan visszanyeri a korábbi kísérletekből ismert nagy tömegét. - A csökkent tömegű η' valójában annyira rövid ideig él, hogy közvetlenül jelenleg szinte lehetetlen kimutatni a jelenlétét, de közvetett megfigyeléseink alapján 99,9 százalékos biztonsággal kijelenthetjük, hogy a kis tömegű η' megjelent volt a kvark-plazma hadronokká alakulása után. Ugyanis könnyebb részecskékből sokkal több keletkezik, mint nehezebbekből, és megfigyeléseinkből az η' részecskék számának jelentős megnövekedésére következtethettünk. A tömegcsökkenés jelenségét több oldalról is szeretnénk megerősíteni, ezért további vizsgálatokat tervezünk - tette hozzá Vértesi Róbert.
A magyar kutatók felfedezését megelőzően a fizikusok csak a nehéz η' mezont ismerték, bár elméleti számítások már korábban megjósolták, hogy ennek a részecskének kisebb tömegű, nagyjából az η mezon tömegével megegyező állapotban is léteznie kell. A három fizikus ezzel az elméleti jóslattal egyező, új kísérleti eredményekre jutott. - Már régóta kérdés, hogy miért áll fenn ez az aszimmetria, azaz η' tömege miért jóval nagyobb, mint a többi mezoné - mondta Vértesi Róbert. A jelenlegi elméletek szerint hagyományos körülmények között az η' mezon egyfajta extra tömeget nyer az üres, nulla hőmérsékletű vákuumban. Most sikerült olyan állapotot megfigyelni, ahol a vákuum állapota megváltozhatott és ez a szimmetria helyreállhatott, így az η' részecske elveszítette többlet tömegét - magyarázta a fiatal fizikus, hozzátéve: noha úgy tűnik, hogy a RHIC kísérletekben ez most sikerült, az eredményeket részletesebb, más megfigyelési módszereken alapuló kísérletekkel és további, független elemzéssel is meg kell majd ismételni. - Az η' és az η részecskék közötti szimmetria helyreállásának a lehetősége már legalább 11 éve felvetődött az elméleti fizikusok dolgozataiban, és azóta is gyakorta visszatérő téma - mondta Sziklai János, aki kutatótársaival együtt először talált az adatok analízise során kísérleti bizonyítékot a szimmetria dinamikus visszatérésére. Csörgő Tamás a felfedezést „potenciálisan nagyon jelentős"-nek nevezte, mert - mint hangsúlyozta - az eredmény akár az elemi részecskék közötti szimmetriát vizsgáló tudományág, a királis dinamika megújulásához is hozzájárulhat, amennyiben további vizsgálatok és független mérések az eredményeket megerősítik és tovább pontosítják.
