Fizika

Október 5-én jelent meg a hír, hogy a fizikai Nobel-díjat az idén három amerikai tudós kapta meg azokért a kutatásokért, amelyek a világegyetem megismeréséhez visznek közelebb. A washingtoni születésű David J. Gross (63 éves), a New York-i David Politzer (55 éves) és Frank Wilczek (55 éves).
David Gross a Kaliforniai Egyetem (Santa Barbara) elméleti fizikai intézetének (Kavli Institute) vezetője 1997 óta. Korábban a Princeton University professzora volt, kitűnő tanítványokat nevelt, köztük Frank Wilczeket, akivel most a Nobel-díjon osztozik. A protonok belső szerkezetét feltáró eredményeiért az idén megkapta a Francia Akadémia nagydíját is.
David Politzer a Harvard Egyetemen doktorált 1974-ben. David Grosstól és Frank Wilczektől függetlenül jutott azokra az eredményekre, amelyekért most Nobel-díjat kapott. 1975 óta tanít a pasadenai California Institute of Technology nevű egyetemen. Tavaly David Gross-szal és Frank Wilczekkel közösen megkapta az Európai Fizikai Társaság nagyenergiájú- és részecskefizikai díját. Mindhárman évek óta szerepelnek a Nobel-díjra jelöltek között.
Frank Wilczeket az elméleti fizika egyik legjelentősebb specialistájának tartja ma a világ. A Princeton Egyetemen doktorált fizikából 1974-ben. Először ott tanít, majd a National Science Foundation elméleti fizikai intézetének munkatársa lesz. Huszonegy éves, amikor Princetonban David Grossal közösen meghatározza a részecskék alkotórészeit összetartó gluonok tulajdonságait.
A Svéd Királyi Akadémia tehát ezúttal is a fizikának azon a területén folyó munkát ismerte el, amely képes arra, hogy az anyag legbelső összetételét tárja fel. Az idei Nobel-díjasok kutatásai az anyag legkisebb részecskéi, a kvarkok közötti kölcsönhatást vizsgálva arra tudtak rávilágítani, hogyan viselkedett a világegyetem legeslegkezdeti időszakában, amikor kizárólag kvarkokból és gluonokból, azaz kvark-gluon plazmából állt. Ezt az anyagot próbálják rekonstruálni óriási részecsekegyorsítókkal évek óta a világ nagy fizikai kutatóintézeteiben, köztük az ötven éve megalapított CERN-ben – amelynek 1992 óta Magyarország is tagja –, hogy laboratóriumban is megvizsgálhassák a tulajdonságait. Tehát hogy megismerjük a múlt mélységes mély kútjában rejlő anyagot.
Az anyag építőköveit már korábban felfedezte a tudomány. A szakemberek azt is tudták, hogy ezeket az építőkockákat négy erő tartja össze. A gravitáció, amely a planétákat köti össze egy még felfedezésre váró részecske, a graviton segítségével. Az elektromágneses erő, amely a fényért, az elektromosságért és a mágnesességért felelős, fotonok közvetítésével nyilvánul meg. A harmadik erő, az erős kölcsönhatás az atommag alkotórészeit tartja össze. A negyedik erő, a gyenge kölcsönhatás lényegében a legkönnyebb részecskék kölcsönhatását hozza létre. Közismert, hogy az atom protonokból és neutronokból áll, s hogy egy protonban három kvark bújik meg. Az azonban sokáig rejtély maradt, mi az oka annak a jelenségnek, hogy közepes vagy gyönge energiával soha nem sikerült „kipiszkálni” valamelyik kvarkot a protonból. Az erősen hozzátapadt a másik kettőhöz. Ha viszont nagy energiával, részecskegyorsítóval lökték meg, úgy viselkedett, mintha a „megpiszkált” proton szabad volna. Ezt a jelenséget nevezték aszimptotikus szabadságnak.
Felmerült a kérdés: akkor erős vagy gyönge a kölcsönhatás e parányi részecskék között? – segít megérteni a probléma lényegét Zimányi József akadémikus, a KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet osztályvezetője, Magyarország képviselője a CERN tudományos tanácsában.
A szakemberek arra jutottak, hogy a kölcsönhatás állandó értéke nulla felé tart, ha erős energiával lökik meg a kvarkot, de ez az érték nagy, ha a kvarkot csak „simogatják”, ha gyöngéden bánnak vele. A három Nobel-díjas kimutatta, hogy ez a jelenség benne rejlik a kvarkok közötti kölcsönhatást leíró elmélet szerkezetében, nem kell külön modellt föltenni hozzá.
Hogy mindennek mi a gyakorlati jelentősége? Az, hogy megértették, mitől marad egyben az anyag, miért nem esik szét alkotóelemeire, és miért lehet ugyanakkor igen nagy energiával külön is vizsgálni az alkotórészeit. Ezzel is egy lépéssel közelebb jutottunk az anyag alapvető tulajdonságainak feltárásához.