Újra forralják az "őslevest"?

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, sűrű levest alkotva.

"Valószínűleg 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 sűrűségének, 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.