Magyarok az Ősrobbanás nyomában

Izgalmas új fizikai kutatási eredményeket ismertetnek szerdán az Egyesült Államokban a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban (BNL). Négy csoport is arról számol be, hogy közel járnak az anyag régen keresett, de eddig ismeretlen formája, az ún. kvark-gluon-plazma megfigyeléséhez.

Brookhavenben működik ma a világ legnagyobb, nehézionokat gyorsító berendezése, a Relativisztikus Nehézion Ütköztető (angol rövidítéssel RHIC). Az óriási energiájú részecskenyalábok egymással való ütközésekor rövid időre átmenetileg olyan körülmények jönnek létre, mint amelyek a Világegyetem történetének kezdetén, az Ősrobbanás után néhány milliomod másodperccel (mikroszekundummal) létezhettek. Ekkor még nem alakultak ki az atommagok stabil összetevői, a protonok és a neutronok, viszont léteztek a protonok és a neutronok alkotóelemei, a kvarkok és a kvarkok közti kölcsönhatást közvetítő gluonok.

Kísérleti bizonyítékokkal sokoldalúan igazolt tény, hogy az elemi részecskék legnagyobb családja, az ún. erősen kölcsönható részecskék (hadronok) kvarkokból állnak. Hatféle kvarkból és hat antikvark párjukból kiválasztott két vagy három részecskéből valamennyi hadron felépíthető. (A kvarkok nevéről, felfedezéséről, a részecskecsaládokról lásd korábbi cikkünket)

A kísérleti fizikusok mindeddig sikertelenül próbálták meg a hadronokat részeikre, kvarkokra és gluonokra szétszedni. Az elméleti fizikusok eközben modellszámításokkal igyekeztek előrejelezni, mire is lehet majd számítani az újabb kísérletek során. Azt elemezték, hogy a kísérletekben milyen megfigyelhető jelei (ún. szignatúrái) jelentkezhetnek a kvarkok szabaddá válásának.

Ebben az elméleti munkában rangos eredményeket ért el Zimányi József akadémikus és fiatal munkatársainak csoportja a KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetben (RMKI). A számítások szerint megfelelő energiasűrűségnél kialakulhat szabad kvarkokból és gluonokból álló plazma, az ún. kvark-gluon-plazma. A kvarkok "börtönükből" való kiszabadításához a relativisztikus energiájú nehézion ütközések kínálják a legjobb lehetőséget.

A RHIC gyorsítónál tavaly aranyatommag-nyalábokat ütköztettek arany-nyalábokkal. Ezekben az ütközésekben néhány pillanatra a Nap felszíni hőmérsékletét (5800 K) 300 milliószor meghaladó hőmérséklet lép fel. Szemléletesen úgy képzelhető el a jelenség, hogy az aranyatommagok, sőt az atommag alkotórészei, a protonok és neutronok szétolvadnak, az így szabaddá váló kvarkok és gluonok sűrű "részecskelevest" alkotnak, ez maga a kvark-gluon-plazma. Idén januártól márciusig aranyatommagokat ütköztettek deuteronnal (a deuteron a deutérium atomnak, a hidrogén nehéz izotópjának a magja). Az aranyatommaghoz képest kicsi deuteron lövedékként szalad át a nagy magon. Az aranyatommag nem hevül fel jelentősen, nem olvad meg a deuteronnal való találkozáskor.

A történésekre az átalakulások megfigyelt eredményeiből következtetnek vissza. Mindkét ütközési folyamat során például kvarkpárok lökődhetnek ki a protonokból és neutronokból. Átalakulások sora indul meg, a kísérleti berendezés végül bizonyos irányokba sugárként kilövellő részecskesokaságot (jet, ejtsd dzset) regisztrál. A kísérleti megfigyelések alapján - hány jetet figyeltek meg, a jetek milyen irányba léptek ki az ütköző nyalábokhoz képest - fogalmazták meg a következtetést: az arany-arany ütközésekben megfigyelt jetek éppen olyanok, mint amilyenekre az elméleti fizikusok a kvark-gluon-plazma keletkezése esetén számítanak. A fizikusok óvatosan fogalmaznak, egyelőre nem állítanak ennél többet.