Új fizika kezdetét is jelezheti egy fantasztikus részecske felbukkanása

Miközben a világ a CERN, a genfi részecskefizikai kutatóközpont új hatalmas részecskegyorsítójának (LHC) üzembe helyezésére figyelt, a többi nagy laboratóriumban tovább folytak a kísérletek. A ma üzemelő legnagyobb energiájú gyorsítónál, a chicagói Tevatronnál meglepő és egyelőre erősen vitatott felfedezést tettek. Nem kizárt, hogy a sötét anyag egyik feltételezett alkotóeleme jelent meg a gyorsítóban, és ki is lépett belőle.

A Tevatron ütközőnyalábos gyorsító, körpályájának hossza 6,3 kilométer (az LHC-ban 27 kilométer a körpálya kerülete.) Az úgynevezett szinkrotron-típusú gyorsítóban maximum 1 teraelektronvolt energiára gyorsítanak protonokat és antiprotonokat (az LHC-ban 7 TeV lesz a csúcsenergia.) A Tevatron 1983 óta működik, és a tervek szerint az LHC üzembeállása után, 2010-ben végleg leállítják.

Az eddigi nagy eredmények

A Tevatronnal elért tudományos eredmények közül kiemelkedik a top (felső) kvark felfedezése 1995-ben. Az elméletileg előrejelzett hat kvark közül ezt, a legnehezebbet fedezték fel utoljára. Azóta annyi mérési adat gyűlt össze, hogy ma már 1%-nál pontosabban ismert a top kvark tömege.

A laboratórium munkatársai más részecskék felfedezésével is büszkélkedhetnek. Legutóbb szeptemberben tették közzé egy új omega-barion felfedezését: ez a részecske 3 kvarkból, két ritka (különös, strange) és egy alsó (bottom) kvarkból áll. A szintén három kvarkból álló proton egzotikus rokona, ám mintegy hatszor nehezebb a protonnál. Tömege jól egyezik az elméleti számítások alapján várt értékkel. Jól mutatja a részecskefizikai mérési eredmények feldolgozásának nehézségét, hogy 100 billió ütközés megfigyelése során mindössze 18 esetben észlelték az omega-bariont.

Itt is keresik a Higgs-részecskét

Természetesen a Tevatronnál is keresik a részecskefizika átfogó elmélete, a Standard Modell által előrejelzett Higgs-részecskét. Az elmélet szerint a Higgs-térrel való kölcsönhatás ad tömeget a többi részecskének, ezért a Higgs-bozon léte vagy nemléte a részecskefizika egyik alapkérdése.

A Tevatron kutatói idén augusztusban két méréssorozat adatainak egyesítése után bejelentették, hogy a Higgs-bozon tömege 95%-os valószínűséggel nagyobb 170 GeV-nál (170 protontömegnél). A keresés folytatódik, a Tevatronnál még nem adták fel a reményt, hogy az LHC indulása előtt ők találják meg a Higgs-részecskét.

Ismerkedés az energiaegységekkel

A részecskegyorsítókkal való "barátkozáshoz" elengedhetetlen a magfizikában és részecskefizikában használatos energiaegységek megismerése. 1 elektronvolt (eV) az a mozgási energia, amelyre egy elektron 1 Volt feszültségkülönbséget befutva szert tesz. Többszörösei: ezerszerese a kiloelektronvolt (keV); milliószorosa, vagyis a keV ezerszerese a megaelektronvolt (MeV); a MeV ezerszerese a gigalelektronvolt (GeV). Újabban már a TeV egységre is szükség van a gyorsítók leírásánál, ez a teraelektronvolt, az eV billiószorosa, a GeV ezerszerese. (1 TeV=10³ GeV=10⁶ MeV=10⁹ keV=10¹² eV)

Új részecske, fantasztikus magyarázattal

A legfrissebb, a napokban bejelentett Tevatron-eredmény nem új részecske - a szenzációt egy megfigyelt részecske mennyisége és megjelenési helye jelentette. Olyan müonokat tanulmányoztak, amelyek alsó kvarkokból és alsó antikvarkból állnak össze. Ám ezekből a müonokból túl sokat észleltek, és a részecskék meglepő módon a 1,5 cm átmérőjű nyalábvezető csövön kívül is megjelentek. Nem volt nyoma annak, hogy az ütközési pontból repültek volna ki a csövön kívülre, inkább úgy tűnik, hogy ott keletkeztek.

A fizikusok egyelőre nem tudnak "hétköznapi", az eddigi elméleti keretekbe beilleszthető magyarázatot adni a jelenségre. Eddig csak különleges, sőt fantasztikus értelmezések merültek fel. Feltételezik, hogy egy újfajta, korábban ismeretlen részecske keletkezett a nyalábok ütközésekor, amelynek élettartama körülbelül 20 pikoszekundumra becsülhető. A részecske képes lehet a nyalábvezető cső falán áthatolni, megtenni mintegy 1 centiméteres utat, majd a csövön kívül müonokra bomlik. Ha a kísérleti adatok tényleg valósak és nem valamiféle mérési hibából vonták le a merész következtetést, akkor valóban egy teljesen váratlan felfedezés tanúi vagyunk.

Neal Weiner (New York University) a sötét anyag részecskéinek megjelenését gyanítja. Modellszámításai szerint a sötét anyag részecskéi között egy kb. 1 GeV tömegű részecske közvetíti a kölcsönhatást. A csövön kívül megjelent müonok adataiból visszaszámolva az ütközés során keletkezett, majd a csőből kilépett ismeretlen részecske tömege is 1 GeV körül lehet. A hírt bemutató külföldi kommentárok szerint az eredmény lehet egy új fizika kezdete, de egy feledésre ítélhető tévedés is.

A Tevatron gyűrűje mentén a felszínen - jelenleg ez a legnagyobb üzemelő gyorsító

Hiba a nagy hadronütköztetőben

2008. szeptember 19-én a fő dipólmágnes-kör próbája során az LHC 3-4-es szektorában egy dipól- és egy kvadrupólmágnes között az elektromos összeköttetésben hiba lépett fel, ez mechanikai sérülésekhez vezetett és a hűtött mágnesekből hélium szabadult ki. A hiba megtörténte után a mágneseket hagyták szobahőmérsékletre felmelegedni, ezután kezdődhetett meg az alapos helyszíni szemle, a vizsgálatok sora. Részletes beszámolónk a helyszínről.