Magyar kutatók is részt vesznek az univerzum forró őslevesét újra létrehozó kísérletekben

Magyar kutatók is részt vesznek az univerzum ősrobbanás utáni állapotát vizsgáló kísérletekben, amelyek az amerikai energiaügyi minisztérium brookhaveni laboratóriumában folynak.A kísérleteket a relativisztikus nehézion-ütköztetőben (Relativistic Heavy Ion Collider – RHIC), a New York államban található 3,8 kilométeres, négy méterrel a föld alá telepített gyorsítóban végzik. A RHIC négy nagy kísérlete közül a legnagyobb a PHENIX (Pioneering High-Energy Nuclear Interactions eXperiment), amelyben 13 ország 500 fizikusa, köztük a Debreceni Egyetem Kísérleti Fizikai Tanszékének, az Eötvös Lóránd Tudományegyetem Atomfizikai Tanszékének, valamint az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetének (RMKI) kutatói vesznek részt.
"A kutatásoknak az a céljuk, hogy újra létrehozzuk azt az anyagot, amely az ősrobbanás után néhány mikromásodperccel alkotta a világegyetemet. Ha visszamegyünk időben a világegyetem történetében, elérünk egy olyan pontot, ahol a hőmérséklet annyira magas volt, hogy az anyag egy egészen más halmazállapotban létezett" – magyarázta Csanád Máté, az ELTE Atomfizikai Tanszékének tanársegéde, aki 2003 óta vesz részt a PHENIX kísérletben.
Mint kiemelte, az anyag atomokból áll, amelyeknek a magja viszont protonokból és neutronokból tevődik össze; ezeket pedig még kisebb részecskék – úgynevezett kvarkok és gluonok – alkotják. "Ezeket jelenleg nem tudjuk megfigyelni szabadon, leginkább csak protonokba és neutronokba zárva. A világegyetem történetének kezdeti szakaszában azonban a magas hőmérséklet miatt ezek a részecskék szabadon létezhettek. Ezt akarjuk tesztelni, ezt a hőmérsékletet és ezt a fajta anyagállapotot újra létrehozni. A módszerünk az, hogy összeütköztetünk közel fénysebességgel száguldó arany atommagokat. Az ütközés energiájából létrejövő forró közeg tulajdonságait pedig megfigyelhetjük, még ha csak a másodperc töredékéig létezik is" – mondta.
Hozzátette, hogy a PHENIX kísérletben az anyag hőmérsékletét a kisugárzott fény színéből, azaz a kibocsátott fény energiaspektrumából határozzák meg – hasonlóan ahhoz, ahogy a fém forróságára is az izzásból lehet következtetni. A megfigyelt anyag hőmérséklete legalább négybillió (négyezermilliárd) Celsius fok. A Nap középpontjában "mindössze" néhány millió fokos a hőmérséklet, ez annál még közel milliószor forróbb. Ezen az igen magas hőmérsékleten még a protonok és a neutronok is széteshetnek, úgymond megolvadhatnak, így kiszabadulnak belőlük a kvarkok és gluonok forró és erősen kölcsönható, sírí levest alkotva.
"Valószíníleg ilyen +forró kvarklevesként+ viselkedett a világegyetem is néhány mikroszekundummal a megszületése után. Az idő előrehaladtával persze létrejöttek a protonok és a neutronok, később az atomok, jóval később pedig a csillagok és a galaxisok…" – hangsúlyozta Csanád Máté.
Tájékoztatása szerint a gyorsító 2000-ben indult. Magyar kutatók kezdetben csak egyéni résztvevőként kapcsolódhattak a kísérletekbe, azonban 2003-tól intézményesített formában, PHENIX-Magyarország néven vehetnek részt bennük. A debreceni csoport Dávid Gábor irányításával a létrejövő anyag síríségének, elnyelő képességének kutatásával foglalkozik. A budapesti csoport Csörgő Tamás – és korábban a 2006-ban elhunyt Zimányi József professzor – vezetésével elsősorban a létrejövő részecskék kollektív tulajdonságait vizsgálja kísérleti és elméleti módszerekkel. A magyar fizikusok ezen felül részt vesznek a detektorok fejlesztésében, felügyeletében és a hozzájuk kapcsolódó szoftverek kidolgozásában. A PHENIX kutatásokat a Magyar Tudományos Akadémia, az Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA) és a Fulbright Amerikai-Magyar Oktatási Csereprogram Bizottság is támogatta.
Csanád Máté kiemelte, hogy a PHENIX eredményével párhuzamosan a gyorsító másik nagy kísérlete, a STAR is fontos eredményt tett közzé. Felfedezték, hogy a RHIC nehézion ütközései során keletkező tökéletes folyadékban az alapvető természeti szimmetriákat, azaz a töltés és tértükrözési szimmetriákat sértő buborékok keletkeznek, tehát ha felcserélik a bal és a jobb oldalt, valamint a pozitív és a negatív töltéseket, akkor a mért és a felcserélés után kapott állapot között eltérést, aszimmetriát tapasztaltak.
Példaként az anyag-antianyag aszimmetriáját emelte ki. A természet törvényei szerint ezek felcserélésre szimmetrikusak, a világegyetemben mégis csak az anyag van meghatározó mennyiségben, tehát ez a szimmetria sérül.
(Részletesen a magyar kutatásokról a http://phenix.elte.hu hírportálon olvasható.)