Szenzációs felfedezés: új pentakvark részecske

Zágrábi forrásból indult útjára a hír, miszerint horvát fizikusok új egzotikus részecskét fedeztek fel a genfi CERN-ben, a nemzetközi részecskefizikai kutatóközpontban. Az eredmény egy nagy, tagjai között sok magyart is számláló nemzetközi kutatócsoport sokéves kutatómunkájának köszönhető. A tudományos közlemény a szakma legrangosabb amerikai folyóirata, a Physical Review Letters december 8-i számában jelent meg.

A részecskefizika kísérleti megfigyelésekkel sokszorosan igazolt elmélete szerint az erősen kölcsönható elemi részecskék kvarkokból épülnek fel. A természetben hatféle kvark (és ezek antianyag párja) létezik, két-két kvarkból épülnek fel a mezonok, a barionok pedig, pl. a proton és a neutron, három összetevőből állnak. Elméletileg lehetséges ennél több kvarkot tartalmazó részecskék létezése is. A közelmúltban találtak is már ötkvarkos (pentakvark) részecskét.

A friss tudományos közleményben az eddig ismertnél nehezebb pentakvark részecske létezését írják le. Néhány hónap telt még csak el az első pentakvark felfedezése óta, és olyan keveset tudunk egyelőre ezekről a részecskékről, hogy egy újabb pentakvark felfedezése valóban szenzáció.

A CERN-ben a nagyenergiájú szuper-proton-szinkrotron részecskegyorsítónál az NA49 kísérlet keretében az anyag hajdanvolt ősi állapotát próbálják meg laboratóriumi körülmények között létrehozni. A világegyetem hajnalán, közvetlenül az ősrobbanás után a kvarkok még szabadok lehettek, csak később álltak össze mezonokká, barionokká. A laboratóriumban a folyamat fordítottjának megvalósítására törekszenek: a ma részecskékbe zárt kvarkokat próbálják kiszabadítani. Ehhez a mai részecskegyorsítók energiája még nem elegendő, de úgy tűnik, hogy a nagyon nagy energiájú ütközésekben a kvarkok átmenetileg kiszabadulhatnak börtönükből és az anyagnak egy különleges, kvarkokból és a köztük az erőhatást közvetítő gluonokból álló állapota jön létre, az ún kvark-gluon-plazma.

A kísérletekben ólom atommagokat ütköztetnek, az ütközésekben keletkező sokféle részecske tulajdonságait bonyolult észlelőrendszerek mérik és rögzítik. Az NA49 kísérletben az észlelőrendszer egyik fontos eleme az ún. "Budapest fal", amelyet Budapesten, az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetben (KFKI RMKI) terveztek és építettek meg.

A pentakvark részecskét egy egyszerűbb kísérletben fedezték fel. Nagyenergiájú protonnyaláb ütközött egy protonokból álló hidrogén céltárgynak. A mérések során rengeteg adatot rögzítettek, ezek "szénakazlában keresték a tűt", az új típusú részecskét. Először elméletileg konstruálnak egy pentakvark részecskét, majd azt elemzik, hogy milyen megfigyelhető jellemzői bukkanhatnak fel ennek a részecskének. Az adathalmazban az adott feladatra írt számítógépi program keresi a szóbajöhető eseményeket, a hivatkozott esetben bevetett program fiatal magyar fizikus munkája. Az analízist a horvát kutatók végezték el.

A proton-proton ütközésekben olyan pentakvark részecske nyomára bukkantak, amely két "le", két "ritka" kvarkot és egy "fel" antikvarkot tartalmaz. (A másik három kvark-féleség a "bájos", az "alsó" és a "felső" nevet viseli.) A kísérletekben nem magát a pentakvarkot észlelik közvetlenül, hanem a pentakvark bomlása, átalakulása során keletkező részecskéket.

A részecskefizikában megszokott módon ez az eredmény is egy nagy nemzetközi kutatócsoport közös munkájaként született meg. Az eredményeket közösen jegyzik, bár elérésükben az egyének szerepe jelentősen különbözhet. A hivatkozott tudományos közlemény 99 társszerzője között 15 magyar van, valamennyien a KFKI RMKI kutatói.

Jéki László