Isteni részecske

A kontinensünk legnagyobb tudományos vállalkozásaként számon tartott svájci Európai Nukleáris Kutatási Szervezetben tizenhat percre háromszáz atomnyi antianyagot sikerült „foglyul ejteniük” a tudósoknak. Rolf-Dieter Heuer főigazgató azt állítja, ezzel fény derülhet arra, hova tűnt az antianyag a világegyetemből. Ez azért izgalmas kérdés, mert az ősrobbanáskor anyagból és antianyagból elméletileg azonos mennyiségnek kellett volna keletkeznie…
A fizikusok a világegyetem keletkezésének titkait kutatva jöttek rá arra, hogy az ősrobbanáskor anyagnak és – azzal mindenben azonos, csak töltésében különböző – antianyagnak egyaránt keletkeznie kellett. Elméletileg oda jutottak, hogy a nagy bumm következtében ugyanannyinak kellett létrejönnie az egyikből, mint a másikból. Hogy mégsem így történt, azt az anyagi világ léte bizonyítja, hiszen ha az anyag és a vele azonos mennyiségű antianyag találkozik, mindkettő megsemmisül. Az antianyag földi körülmények között nem életképes, és az űrben is alig lehet nyomára lelni. Vajon miért van ilyen kevés belőle? Ha mégis ugyanannyi keletkezett, hogyan lehet, hogy nem semmisült meg az egész világegyetem a születése pillanatában? Többek között erre a szimmetriasértésként ismert kérdésre keresik a választ a Genf melletti Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) szakemberei – tudtuk meg Rolf-Dieter Heuer főigazgatótól, akit nemrégiben a Debreceni Egyetem díszdoktorává avattak.
Mindezek megértéséhez a kutatók szemügyre kívánják venni az antiatomok CPT (töltés/paritás/idő) szimmetriáit is, amelyeket a fizikusok sokáig anyagi világunk alapvető törvényszerűségeiként tartottak számon. A probléma megoldásához közelebb visz a mostani eredmény, amikor antianyag-atommagokat sikerült előállítani és tizenhat percig „fogva tartani”. A tudományos áttöréssel kecsegtető eredményt nemrégiben a Nature Physicsben hozta nyilvánosságra a dán J. Hangst által vezetett Alpha (antihidrogén lézerfizikai berendezés) kutatócsoport. A korábban létrehozott antiatommagok mindössze a másodperc törtrészéig „éltek”. A CERN antiproton-lassítójánál tavaly 38 antihidrogént ejtettek csapdába, ám ezek sem húzták tovább. Most viszont, gigászi szupravezető mágnesek között, fél fokkal az abszolút nulla fok fölött, nagyságrendekkel hosszabb ideig sikerült őket megtartani. E módszerrel várhatóan a jövőben lehetőségük nyílik elvégezni egy fontos kísérletet: lézerrel gerjesztve megmérni energiaszintjüket, és azt összehasonlítani a normál atomokéval.
A bonyolult kérdések ellenére a világegyetem működését a fizikusok szerint lehetséges egyetlen egységes elméletbe foglalni. Erre tesz kísérletet a leginkább elfogadott – és a CERN kutatásait jórészt megalapozó – úgynevezett standard modell, illetve a húrelmélet. Az egységes elmélet hívei abból indulnak ki, hogy világ működése visszavezethető egyetlen erőre, amely négyféle kölcsönhatásban nyilvánul meg. Ezek közül hármat – az atommagon belül hatót, a radioaktivitást eredményezőt és az elektromágnesest – jól leírja a standard modell, sőt arra is lehetőséget ad, hogy azonos erő megnyilvánulásaként írja le őket. Mindezt már kísérletekkel is igazolták a fizikusok. A fogas kérdés a negyedik kölcsönhatás, vagyis a gravitáció. Erről a sci-fi írók fantáziáját is megmozgató időugrást is megengedő húrelmélet mond izgalmasat, amely szerint a tér – akárcsak egy húr – U betű formában hajlik, s a két szár közötti közlekedés lehetséges. Vagyis elméletileg nincs kizárva, hogy az ember visszamenjen a saját múltjába, vagy a fénysebesség által megadott maximumhatárt „kicselezve” eljuthasson távoli galaxisokba. A húrelmélet egyes továbbfejlesztői szerint viszont a gravitáció nem illeszkedik az előbbi három erő közé, hanem teljesen önálló, kulcsszerepe van az univerzum keletkezésében és létezésében. Valami olyasmi, amelyet az entrópia fogalmával lehet megközelíteni, ami azt jelenti, hogy mindig az történik, aminek a bekövetkezése a legvalószínűbb.
Az egységes elmélet tehát egyelőre várat magára, hiszen a CERN-ben leginkább használatos standard modellnek sok erénye mellett vaskos hiányosságai is vannak. Ezek közül csak egy, hogy nem foglalja magában a gravitációt. Ami egyébként is nehéz kérdés, mert a nagy hadronütköztető gyűrűben, angolul Large Hadron Colliderben (LHC) vizsgálható parányi részecskék szintjén nagyon gyenge, a makrokozmoszban viszont nagyon erős. Közelebb lehetne hozzá jutni, ha sikerülne találni a jelenleg ismert háromnál több dimenziót, ám a standard modell keretei között erre sincs lehetőség, a modell ugyanis nem tudja megmondani azt sem, hány dimenzióban élünk: háromban vagy négyben, esetleg ennél is többen.
Az LHC-ben folyó kísérletek sora utal arra, hogy az ősrobbanás után egyetlen erő működött, de a standard modell ezt sem tudja rekonstruálni. Továbbá semmit nem mond a világegyetem háromnegyed részét alkotó sötét anyagról és energiáról. A CERN-ben olyan körülményeket igyekeznek teremteni, amelyek az ősrobbanás következtében létrejöhettek. Az egyik kulcskérdés annak kiderítése, mitől lett tömege az anyagnak. Peter Higgs angol fizikus nyomán azt feltételezik, hogy lennie kell egy olyan erőközvetítő részecskének (bozonnak), amelyik ezért felelős. Ennek az egyik fizikus által találóan isteni részecskének nevezett bozonnak eddig egyetlen kísérletben sikerült nyomára bukkanni, ám Rolf-Dieter Heuer szerint bizonyítottnak csak akkor lehet venni az eredményt, ha Higgs elméletét tucatnyi más kísérlet is alátámasztja. A főigazgató azonban úgy véli, 2012 végéig eldől, hogy valóban létezik-e. A kutatók a modellek segítségével tesznek fel kérdéseket a természetnek, ám minden modell elméleti konstrukció, direktben semmi köze a valós természethez – mondja. Ráadásul egyik modell sem tökéletes.
A legjobb példa erre a Newton-törvény, amely a mindennapi élet jelenségeit kitűnően leírja, magyarázatot ad például a gravitációra azon a energiaszinten és sebességtartományban, amelyben mi magunk is élünk.
Nagy sebességnél viszont nem ad választ semmire. Rutherford száz évvel ezelőtt kísérletileg még úgy találta, hogy üresek vagyunk, az atom tömege jórészt a protonból és neutronból álló atommagban van, amely körül elektronok keringenek viszonylag nagy távolságban. Rutherford atommodellje mégis korszakos jelentőségű, alapul szolgált a most használatos standard modellhez, negyven évig javítgatták az elméleti fizikusok, s számos olyan jelenséget jósolt meg, amelyet a CERN-ben folyó kísérletek eredményei most alátámasztani látszanak. S amelyek csakúgy utat nyithatnak az ember nagy álmának számító időutazáshoz, mint a ma még halálos kimenetelű betegségek gyors, pontos diagnosztizálásához, gyógyításához.