Az ismert és a láthatatlan világ határán

Egy új, eddig nem ismert, általuk X17-nek nevezett részecske, és a vele összefüggő kölcsönhatás létezését mutathatták ki. Eredményeiket még igazolni kell, ami évekbe telhet, de ha megtörténik, az átírhatja a fizikát. Amerikai tudósok egy csoportja szerint a természet ötödik kölcsönhatására bukkanhattak.

A debreceni kutatók tulajdonképpen a 2016-os felfedezésükhöz vezető kísérleteket ismételték meg, sokkal célzottabban, precízebben. A kísérletük lényege, hogy protonokkal „bombáznak” valamilyen atommagokat, melyek reakcióként különböző részecskéket adnak le, többek közt elektron-pozitron párokat, ezek jellemzőit vizsgálják a kutatók érzékeny műszereikkel (detektorokkal, spektrométerekkel).

– A mostani felfedezés az, hogy az elmélettől jelentős eltéréseket találtunk korábban a berillium-8, és újabban a hélium-4 esetén, ami egy új, viszonylag könnyű részecske létezésére utal. X17-nek neveztük el, tömege az elektronénak kb. 34-szerese – magyarázta érdeklődésünkre Krasznahorkay Attila. – Ilyen tömegű részecske létezését nem jósolta meg a részecskefizika standard modellje, és más modellek sem. Az elektron, és a tömegében utána következő részecske tömege közt háromszázszoros az eltérés, a kettő közötti tartományban pedig az elméletek szerint nincs semmi. Mi mégis találtunk valamit – fejtette ki.

– Ez azért is jelentős felfedezés, mert ez egy nagyon speciális részecske, egy úgynevezett bozon, amit az amerikai kollégák rögtön kapcsolatba hoztak az ötödik kölcsönhatással. A korábban ismert kölcsönhatások (mint a gravitáció) mindegyikét egy-egy bozon közvetíti, így ez a feltételezés logikus – részletezte a kutató. – Az egész látható világunkat a standard modell értelmezni tudja; de a csillagászok által bevezetett sötét anyagot és sötét energiát, ami a világegyetem tömegének nagyon jelentős részét, 95 százalékát alkothatja, nem tudja értelmezni. Az amerikai kollégák úgy vélik, hogy ha a látható világot a standard modell leírja, és van itt egy részecske, amit nem ír le, akkor ez a részecske bizonyára a sötét anyaghoz kapcsolódik.

A kutatás vezetője elmondta, a kísérletekhez használt spektrométereket, detektorokat, a három évvel ezelőtti felfedezésnek köszönhetően, pályázaton nyert összegből vásárolták. A részecskegyorsítót, a Tandetront, már korábban elkezdték építeni, de az egyik első kísérlet vele a már említett 2016-os kutatáshoz kapcsolódott.

Az elmúlt három év hozadéka volt az is, hogy munkáikra közel 200 tudományos hivatkozás történt, ezek szerzői közül sokakkal megismerkedtek. Meghívott előadóként konferenciákon, egyetemeken, nagyon sok kapcsolatot építettek ki.

– Erősítettük az együttműködést a budapesti kollégákkal is, akik vállalták, hogy a berendezések építésében segítséget nyújtanak. Prágai kutatók is meg akarják a kísérleteinket ismételni, és szintén segítséget ígértek a debreceni fejlesztésekhez – sorolta a fizikus.

Terveikről elmondta: következő lépésként, már a jövő héten, egy háttérmérést végeznek a hélium-4-re vonatkozóan. – A magreakción egy kicsit hangolunk, a bombázó protonenergiát csökkentjük. Ez bizonyíthatja, hogy ha a kisebb energiánál nem látszik az a bizonyos eltérés, ami a nagyobbnál, akkor tényleg az adott energiaszint bomlásához rendelhető az új részecske. De ennél is érdekesebb, hogy az X17-nek két gamma-sugárzással történő bomlását is vizsgálni szeretnénk. Először itt, Debrecenben folytatjuk le a kísérletet, és már kaptunk gyorsító időt Münchenben, egy nagy fluxusú reaktornál, ahol neutronokkal fogjuk a vizsgálatot végezni. Ehhez nagyon értékes detektorokat is beszereztünk, már megérkeztek az Atomkiba – árulta el.

A jövőre vonatkozóan azt mondta, szeretnék az új részecskét minél jobban megismerni. Nagyon sok elméleti leírása történt már, hogy melyik a helyes értelmezés, azt el kell majd dönteni aszerint, hogy milyen tulajdonságokat mutat.

– Elméletből nincs hiány, kísérlet nagyon sok kell még. Arra várunk, hogy valaki részecskefizikai kísérletben is kimutassa az X17-et, létezését akkor fogadja majd el igazán a tudományos közösség. Többek közt már elkezdtek egy kísérletet a Róma melletti Frascati laboratóriumban, ennek jövőre lesznek eredményei – tette hozzá Krasznahorkay Attila.

Magyarázatként azt is elmondta, ő és csoportjának tagjai atommagfizikával foglalkoznak, ez különbözik a részecskefizikától. Előbbi terület elsősorban az atommagokat vizsgálja, utóbbi új részecskéket próbál felfedezni, és ehhez egyre nagyobb energiákat használ. A részecskefizika a fiatalabb tudományág; drágább, csúcstechnológiás eszközök, költségesebb kutatások jellemzik.

– A mi felfedezésünk a kettő között van, a magfizika tized ekkora energiával dolgozik, a részecskefizika meg legalább ezerszer nagyobbal; tehát előbbinek túl nagy, utóbbinak túl kicsi, amit mi használunk, egyfajta „senki földjén” vagyunk. Ehhez a területhez keveseknek van eszközük, kevesen tudják megismételni a méréseinket. Lényegében csak az Atomki rendelkezik erre alkalmas spektrométerrel, éppen azért, mert a mi műszerünk nagyon speciálisan erre a kísérletre lett kialakítva. Tulajdonképpen egy sötét fotont próbáltunk előállítani és megvizsgálni, de úgy tűnik, valami még érdekesebbet találtunk: egy részecskét, ami kapcsolódik a látható világunkhoz is meg talán a sötét anyaghoz is, tehát egy közvetítő részecske lehet – összegzett Krasznahorkay Attila.

Végezetül azt is elárulta, hogy fia részecskefizikus, több, mint tíz éve a svájci CERN-ben (világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma) dolgozik, és hasznos segítséget kapnak tőle a debreceni kutatásokhoz.

SzT

A standard modell a látható világ működését írja le. Négy alapvető kölcsönhatást ismer (a gravitációt, az elektromágnesességet, a gyenge és az erős kölcsönhatást). Minden jelenség azonban nem magyarázható meg ezzel a modellel, ezért a tudósok azt feltételezik, hogy létezik egy „láthatatlan” (sötét) anyag, és ahhoz kapcsolódóan valószínűleg egy ötödik kölcsönhatás is. Ezen anyag és kölcsönhatás nyomára bukkanhattak a debreceni kutatók, akik protonokkal bombáztak atommagokat, és így, nagy energiára gerjesztették őket. Ez a gerjesztett állapot nem stabil, a mag gyorsan leadja fölös energiáját, részben elektron-pozitron pár kibocsátásával, amit a kutatók érzékeny műszerekkel felfognak. Azt tapasztalták, hogy a különböző atommagok, (berillium-8, hélium-4) különböző gerjesztési energiái esetén, a legerjesztődéskor keletkező elektron-pozitron párok egymáshoz képesti szögeinek eloszlásában megfigyelt csúcsok (esemény többletek) eltérnek ugyan, de mindegyik az új X17 részecske keletkezésével és elbomlásával magyarázható.