Magyar kvarkfizikusok a világ élvonalában

Budapesten öt kontinens több mint hatszáz fizikusa gyűlt össze azért, hogy a kvarkok kutatásáról eszmét cseréljen – jelentette be kedden Csörgő Tamás, a KFKI munkatársa, a konferencia egyik szervezője. A tudományos szimpózium legfőbb érdekessége annak az eredménynek a részletesebb ismertetése volt, amelyet 2005 áprilisában jelentettek be az Egyesült Államokban. (Korábbi cikkünk >>

Kétszer 110 millió dollár

A projekt vezetői, Samuel Aronson és William A. Zajc professzorok elmondták, hogy mintegy 110 millió dollárba került csak a PHENIX program fizikai feltételeinek biztosítása, az ehhez szükséges berendezések megépítése (a PHENIX az a kísérlet, amelybe a magyar intézmények is bekapcsolódtak), és az elmúlt öt évben még legalább ugyanennyi pénzt fordítottak a kísérletek lefolytatására, a készülékek működtetésére.

Az amerikai Brookhaven Nemzeti Laboratórium (BNL) RHIC gyorsítója (Relativistic Heavy Ion Collider, Relativisztikus Nehézion-Ütköztető) olyan kísérleti eredményeket produkált aranyatomok ütköztetésével, amelyek a következő években még nagyon sok munkát adnak majd a kvarkkutatóknak – derült ki a konferencia sajtótájékoztatóján.

Először is, a gyorsítóban sikerült olyan anyagot produkálni, amely hasonlít az univerzum keletkezése utáni tizedik mikroszekundum idején meglévő állapotokhoz. Vagyis a brookhaveni kísérleti berendezés az ősrobbanás eddigi legjobb „közelítését” adja – az egész tudományos világot figyelembe véve – hangzott el a sajtótájékoztatón.

Tíz milliomod másodperccel az ősrobbanás után

Tíz mikroszekundummal (milliomod másodperccel) az ősrobbanás után az anyagnak egy eddig ismeretlen formája jött létre, amely az eredeti számításokkal ellentétben nem gáz, hanem valamiféle folyadék lehetett. Folyadékszerűségre utalnak legalábbis a kísérleti berendezésben előállított
sűrű kvarkanyag tulajdonságai. Ennek az anyagnak, úgy tűnik, olyan alacsony a viszkozitása (belső súrlódása), hogy a tökéletes folyadékokékokhoz hasonlít. A fénynek az anyagon belüli sebességéből is erre lehet következtetni – a kutatásban szintén résztvevő izraeli Weizmann Tudományos Intézet részecskefizikai részlegének vezetője, Itzhak Tserruya professzor szerint. Vagyis az anyagnak ebben az állapotában az atomok építőelemei, a kvarkok és a gluonok nem szabadok (nem gázt alkotnak), hanem félig-meddig kötött állapotban vannak.

A kvark-gluon plazma előállítására kétféle út lehetséges: vagy nagy hőmérsékletet állítanak elő, vagy pedig hihetetlenül nagy nyomás alá helyezik az anyagokat – magyarázta kérdésünkre Berndt Müller, az amerikai Duke University német professzora. A nagy nyomás alá helyezett plazmát még kevésbé ismerik a kutatók, ez alighanem a neutroncsillagokban uralkodó állapothoz hasonlíthat.

Egy rejtélyes részecske

A RHIC gyorsítóban végzett kísérletek során inkább a magas hőmérsékletű plazmát vizsgálták, amely az ősrobbanás modellezésére alkalmasabb. Azonban még számos rejtélyes tulajdonsággal bír a Brookhavenben előállított anyag. Így például Tserruya kérdésünkre elmondta, hogy egy különleges részecske, a J/pszí abszorpcióját (elnyelődését) is tanulmányozzák.

A J/pszí részecskék elnyelődését többféleképpen is magyarázzák ugyanis, és nincsen még részletes, általánosan elfogadott elmélet ennek a jelenségnek a leírására. További számításokra és az eddigi modellek átdolgozásáravan szükség, elképzelhető ugyanis, hogy finomítani kell a jelenlegi teóriákat a kvark-gluuon plazmával és az egész univerzum keletkezésével kapcsolatban.

Bernt Müller ennek kapcsán kiemelte a magyar kutatók legújabb eredményeit. Így például Katz Sándor elméleti fizikus új számítási modelleket állított fel a kvark-kvantumszíndinamikában (QCD). (A kvarkok azok a részecskék, amelyek az atomoknál is kisebbek. A kvarkok (és minden egyéb elektromosan töltött részecske) elektromos kölcsönhatásait a kvantumelektrodinamika – QED – vizsgálja; az atommagot összetartó, és a kvarkok között is alapvető erős kölcsönhatással viszont a QCD foglalkozik.)

Katz – az elméleti fizikában jól ismert, rács-QCD-nek nevezett elméletet használva – a kölcsönható kvarkokat a folytonos téridő helyett egy elképzelt sokdimenziós rács rácspontjain helyezi el. Ez a módszer igen számításigényes, és nagyteljesítményű szuperszámítógépeket vagy számítógépfarmokat igényel, ugyanakkor a jelenlegi elméleti kutatások egyik legígéretesebb iránya.

Magyar fizikusok az élvonalban

Müller ennek kapcsán kifejtette, hogy a magyar fizikusok a világ élvonalába tartoznak, és William A. Zajc, a Columbia Egyetem professzora is azt hangsúlyozta, hogy a magyarok elsősorban a nyers adatok kiértékelésében és értelmezésében, valamint az elméleti munkában játszottak nagy szerepet. A BNL-hez kötődő kutatásokban három magyar intézmény vesz részt. A Debreceni Egyetem, az ELTE és a Magyar Tudományos Akadémia KFKI Részecske és Magfizikai Kutató Intézet munkatársai és doktoranduszai egyaránt hozzájárultak a brookhaveni eredmények kiértékeléséhez, elemzéséhez és a következtetések levonásához.

Samuel Aronson – a BNL Nagyenergiás- és Magfizikai Igazgatóságának vezetője – viszont arra emlékeztetett, hogy a kísérleti eredmények kiértékelése még zajlik, s most is készülnek azok a tanulmányok, amelyek kutatásaikat összegzik. A konferencián elhangzott, hogy legalább két hónap, de akár két év is eltelhet addig, amíg a kvark-gluon plazmáról most megszerzett ismereteket tudományosan feldolgozzák. Ezért a következő, nagyobb szabású bejelentések legalább néhány hónapot váratnak majd magukra – tette hozzá Aronson.

A National Geographic Magazin augusztusi számában Olvasóink további érdekességeket találhatnak a hazai kvarkkutatásról.