Kerülőúton keresték a sötét részecskét, világszenzáció lett belőle

Debrecen - A feltételezett sötét fotont akarták kimutatni, és találtak is valamit, amiről amerikai tudósok egy csoportja azt állítja, a természet ötödik kölcsönhatása. Ezzel egyszeriben a tudományos világ középpontjába került az Atomki mintegy 10 tagú csapattal dolgozó főosztályvezetője, Krasznahorkay Attila, vele beszélgettünk.

Miközben a sötét fotont keresték, valószínűleg megtalálták a természet ötödik kölcsönhatását, melyről eddig is feltételezték, hogy létezik, de kimutatni nem tudták. Az Atommagkutató Intézetet és Krasznahorkay Attilát, illetve a munkatársait érintő hír a napokban bejárta a világot. Ezzel egyszeriben a tudományos világ középpontjába került az Atomkiban mintegy 10 tagú csapattal dolgozó főosztályvezető, aki a sajtó számára manapság a város legkeresettebb embere, de a Hajdú-bihari Naplónak is szívesen adott interjút.

Egy dolgot tisztázzunk: nem önök állították, hogy megtalálták az ötödik kölcsönhatást, azt egy amerikai tudóscsoport mondta ki. Egyetértenek velük?

Krasznahorkay Attila: A publikációmban, ami egy nemzetközi szaklapban jelent meg, én többféle verziót vázoltam fel, ami igazolhatja az általunk mért eltéréseket. Ezek között a sötét foton megtalálása tűnt a legvalószínűbbnek, de az ötödik kölcsönhatás nem szerepelt köztük, annak kimondását az elméleti fizikusok vállalták az eredményeinkre hivatkozva.

Önök kísérleti fizikusok, akik az atommagot kutatják, igazolandó az elméleti teóriákat. Az Atomki viszont nem a legnagyobb költségvetésű és a legjobban felszerelt a világon. Akkor miért önök és nem egy japán, svájci, német vagy amerikai intézetben fedezték fel az ötödik kölcsönhatást?

Krasznahorkay Attila: A magfizikában általában a gamma-sugárzást igyekeznek detektálni a kutatók. Ezt a területet, hogy az atommag nagy mértékű gerjesztésével elektronok és pozitronok keletkeznek, teljesen hanyagolják, hiszen ilyen kísérleteket már unásig végeztek, a múlt század 40-es éveitől értelmezni tudjuk, nincs benne semmi újdonság. Mi most a főcsapásirányról letérve bebizonyítottuk, mégis érdekes kutatási terület lehet. Igaz viszont, hogy kellett hozzá egy korábbinál ezerszer nagyobb hatásfokú, érzékenyebb spektrométer.

Mindössze ennyi: letérni a jól kitaposott útról némi kockázatot vállalva, és várni a technika fejlődésére?

Krasznahorkay Attila: Részben így van, de az előzmények egészen 2001-ig nyúlnak vissza. Groningenben dolgozott egy holland kollégám, F. W. N. de Boer, aki akkor már publikált egy cikket, hasonló anomáliáról, de csak kicsi eltéréseket tudott kimutatni. Egy év múlva felhívott, végezzünk itt is hasonló méréseket, hátha mi is igazolni tudjuk az övéit. Emlékezetes az a telefon számomra, mert éppen Japánban dolgoztam egy ottani intézetben, ahol sokkal jobbak voltak a körülmények, de nem ezzel foglalkoztak. Itthon elkezdtük a méréseket, azokkal a detektorokkal, melyeket a holland kollégámék Frankfurtban építettek és hoztak el ide, de éveken keresztül nem sikerült megismételni a mérési eredményeit, mint ahogyan neki sem, s ez a tudat is közrejátszott későbbi halálában. Ami érdekes, már 2005-ben megépítettük ezt a nagyon érzékeny spektrométert, amivel a sötét foton keresése közben a mostani jelentős eltérést kimutattuk.

Korábban miért nem sikerülhetett, mi változott meg azóta?

Krasznahorkay Attila: A mostani 140 fokos szögben való kilépés helyett csak 60 fokos szög környékén kerestük azt a kis részecskét, amit a holland kolléga 2001-ben észlelt.

Fotó: Derencsényi István

Ahhoz lehetne ezt hasonlítani, mint az a bizonyos CETI-program, ahol a világűrből érkező jeleket egy adott hullámhossz­tartományban keresik, és az attól eltérőkben ettől még érkezhetnek jelek, de azt nem „fülelik”?

Krasznahorkay Attila: Pontosan. Mivel nem feltételeztük, hogy más szögben is van mit keresni, egy idő után abbahagytuk ezeket a méréseket, majd 2010 után újra kezdtük nagyobb szögekben, egészen 180 fokig, és már akkor láttuk, hogy van ott valami a 140 foknál. Az újabb lökést egy 2012-ben, a sötét anyagról rendezett olaszországi konferencia adta, ahol beszéltem a kutatásainkról, s a résztvevők biztattak, folytassuk a méréseinket, mert megtalálhatjuk a sötét fotont. Azóta már sokszor sikerült kimutatnunk az annak hitt részecskét, ami az amerikaiak szerint az ötödik kölcsönhatásért felelős.

Most érkeztünk el ahhoz a ponthoz, hogy a laikusok számára is próbáljuk értelmezni, mit és hogyan sikerült kimutatni a méréseikkel!

Krasznahorkay Attila: Protonokkal bombáztunk 7-es lítiumatommagokat, azaz nagy energiát gerjesztettünk bennük. Ám azt hozzá kell tenni, hogy az atommag gerjesztett állapota általában gamma-sugárzás kibocsátásával jár, 10 ezer esetből egy ilyen, ami elektron-pozitron párt eredményez. Ezeknek csak a töredékénél keletkezik a sötét fotonnak tartott részecske, a magreakciókhoz képest 12 nagyságrenddel kevesebbszer. Egy hét alatt mintegy 200 ilyen eseményt rögzít általában a spektrométer, amely folyamatosan be van kapcsolva, csak a detektálást elősegítő alumínium tárgylemezeket kell cserélnünk nyolcóránként. S hogy milyen rövid jelenségről van szó: az atommagból kilépő részecskék fénysebességgel legfeljebb 1 millimétert tudnak megtenni, mielőtt elektronra és pozitronra bomlanak. Ráadásul az új részecskékből kezdetben több, majd egyre kevesebb fordul elő, így egyre nehezebb kimutatni azokat.

Feltételezzük, hogy megvan az egyheti adag eltérés, mi következik ezután?

Krasznahorkay Attila: Az adatok feldolgozásakor mérjük az energialeadás közben elmozduló elektronok és pozitronok szögét, abból tudjuk kiszámítani a tömegüket. Ez jól ismert folyamat, a kvantum-elektrodinamika segítségével pontosan értelmezhető. Az elektron és a pozitron egymáshoz viszonyított szöge általában a nulla fokhoz közeli, és ha nagyobb szögeket vizsgálunk, a folyamat valószínűsége folyamatosan csökken. Azonban 140 fok körül szisztematikusan kiugró eltérést tapasztaltunk. A mai magfizikai ismereteinkkel ezt nem tudtuk értelmezni, csak úgy, ha az eddig csak elméletben feltételezett sötét foton bomlott el elektron és pozitron párra, s a foton tömegét az elektroné 34-szeresének feltételeztük.

Az a bizonyos ötödik kölcsönhatás ebben hol jön létre?

Krasznahorkay Attila: Mindenütt, a sötét anyag részecskéi és az általunk ismert 5 százaléknyi látható, illetve a nem látható 22 százalék sötét anyag és a maradék sötét energia között is.

Azaz ugyanúgy jelen van mindenhol, mint a másik négy, csak egyelőre nehezebben kimutatható?

Krasznahorkay Attila: Az eddig ismert kölcsönhatások közül a gravitáció a leggyengébb, de a hatalmas tömegek miatt (Nap, csillagok) ezt ismerhettük meg legelőször. Nem az a fontos, hogy a kölcsönhatás milyen erősségű, sem az, hogy a részecske milyen nagy, hanem, hogy milyen gyakorisággal tudjuk előállítani kísérletileg, amivel kimutatható.

Mint mondta, kitaposott ösvényről tértek le a megtalálásához. Gondolom, most már a fősodorba kerül az önök kutatási területe is. Mit hozhat ez a városnak, az országnak?

Krasznahorkay Attila:

Ezekkel a mérésekkel Debrecenben egy teljesen új kutatási irányt indítottunk el, de nagy az érdeklődés nemzetközi együttműködésre is.

Így például az olaszokkal már szerződést is kötöttünk, és várhatóan máshol is próbálják megismételni a mi méréseinket. Egyelőre leginkább abban bízhatunk, hogy több pénzt tudunk hozni az intézetnek, amely azért eddig is kapott uniós támogatást a kísérleteinkhez. Most folytatjuk másféle anyagokkal és újabb szögekkel, hogy esetleg további kölcsönhatásokra találjunk.

Egyes orgánumok már mint a fizikai Nobel-díj várományosát emlegetik. Ehhez én hozzátenném, az amerikai elméleti fizikusok sem véletlenül jelentették ki, hogy az ötödik kölcsönhatást találták meg Önök.

Krasznahorkay Attila: Valószínűleg, s hogy mi lesz a Nobel-díjjal? Csak emlékeztetőül, a részecskefizikában feltételezett bozont sem a felfedezőikről, hanem a bejelentőjéről, Peter Higgsről nevezték el.

- Égerházi Péter -

Fontos a sötét anyag

Az atommag felfedezése után röviddel megkérdezték Rutherfordot, hogy az atommagban tárolt óriási energia felszabadítható lesz-e valaha. Ő ezt a lehetőséget mereven elutasította, a magyar származású Szilárd Leót, az erre vonatkozó ötletével a szobájából mérgesen elzavarta. És jelenleg már jól ismerjük az atomenergia felhasználását. Nagyon valószínű, hogy a sötét anyag, ami az univerzumunk 95 százalékát teszi ki, előbb-utóbb gyakorlati jelentőségű lesz – véli Krasznakorkay Attila.​