Paul Dirac 1928-ban matematikailag bizonyította az antianyag, vagyis a részecskék ellenkező töltésű tükörképének létezését, és ezzel sikeresen kombinálta Einstein speciális relativitáselméletét és a kvantumvilág különös szabályait, arra azonban nem találtak pontos választ az őt követő fizikusok, hogy amennyiben az univerzum születésekor éppen annyi antianyag keletkezett, mint anyag, akkor hová is lett az antianyag nagy része, vagyis miért létezik egyáltalán az általunk ismert, anyagból felépülő univerzum. Ha az anyag az ellenpárjával találkozik, akkor kioltják egymást, vagyis kell, hogy legyen valamilyen szimmetriabeli különbség a részecskék között.

"Izgalmas rejtvény keletkezik, ha figyelembe vesszük, hogy a fizika törvényei majdnem szimmetrikusan kezelik az anyagot és az antianyagot."

- írja Maria Spiropulu, a Caltech és a CERN fizikusa a Scientific Americanben - "Miért nem találkozunk akkor anti-emberekkel, akik anti-atomokból épülnek fel? Hogy lehet, hogy a csillagok, a por és minden más, amit megfigyelhetünk, anyagból áll? Ha a kozmosz egyenlő mértékű anyaggal és antianyaggal kezdődőtt, akkor hol van az antianyag?"

Erre a lassan évszázados kérdésre keresik a választ, többek között a CERN (Európai Nukleáris Kutatási Szervezet) kutatói is a Nagy Hadronütköztetőben (LHC) zajló kísérletek segítségével. A hatalmas részecskegyorsítóban szupravezető elektromágnesekkel hoznak létre erőteljes mágneses mezőt, a közel fénysebességre gyorsuló részecskéket pedig ütköztetik egymással, hogy megfigyeljék a bekövetkező változásokat. Ez közel sem egyszerű feladat, a CERN szerint ahhoz hasonlítható, mintha két tűt kellene egymástól tíz kilométeres távolságból kilőni olyan precizitással, hogy félúton találkozzanak. A LHC-ben kivitelezett kísérletek során számos olyan felfedezést sikerült tenni a szakembereknek, amelyek eddig csak elméletileg megjósolt szabályok létezését bizonyították, de a kutatók óvatosan bánnak a kapott eredményekkel és általában, bármilyen izgalmasak is a felfedezések, nem jelentik be azonnal a Standard Modell végét, inkább további teszteket és bizonyításokat terveznek. Így lassan és kis lépésekkel jutunk közelebb ahhoz, hogy az univerzum titkai feltáruljanak, de egy-egy kirakós darab a puzzle-ból a helyére kerülhet az újabb kísérletek során.

Oxfordi tudósok most a Nagy Hadronütköztető korábbi adatainak elemzésével azt vizsgálták, hogy egy speciális részecske, a bájos mezon hogyan vált állapotot és hogyan változik át saját antianyag párjává. A bájos mezonok a LHC proton-proton ütközései során keletkeznek, de rendkívül rövid életűek, mindössze néhány milliméter távolságot tudnak csak megtenni, mielőtt lebomlanak. A D0-nak nevezett mezon a CERN leírása szerint egyike a Standard Modell azon négy részecskéjének, amely hajlamos egy igen különös viselkedésre: képes saját antianyag párjává változni, vagyis folyamatosan oszcillál a két állapot között. A D0 egy bájos kvarkból és fel antikvarkból, antianyag párja pedig egy bájos antikvarkból és fel kvarkból áll (minden mezon kvark-antikvark párokból áll össze, bár feltételezések és egyes megfigyelések szerint léteznek egzotikus, más felépítésű mezonok is).

A kutatók azt próbálták megtudni, hogy a nehezebb és könnyebb D0 részecskék (D1 és D2) közti tömegbeli különbség hogyan járul hozzá ehhez az oszcillációhoz, ehhez azonban egészen kismértékű tömegbeli eltérést kellett megmérniük, konkrétan 0.00000000000000000000000000000000000001 gramm, vagy tíz a mínusz harmincnyolcadikon grammnyi különbséget.

"Hogy ezt az egészen kicsi tömeg különbséget kontextusba helyezzük, ez még ahhoz képest is kis számnak számít, ha a D0 részecske tömegével hasonlítjuk össze

- olyan, mintha egy hógolyó tömege kerülne összehasonlításra a teljes Mont Blanc tömegével, amely Európa legmagasabb csúcsa, több mint 4800 méteres magassággal." - mondta Chris Parkes, az LHCb szóvivője a felfedezés kapcsán. Ez a világon mért egyik legkisebb tömegbeli különbség és rávilágít arra, hogy milyen apró, de immár megfigyelhető asszimetria létezik a két részecske között, egyúttal pedig mérhetővé teszi azt a sebességet, amivel az anyag-antianyag állapotváltozás bekövetkezik. Ez a számítások szerint 630 pikoszekundum, ami azt jelenti, hogy a laboratóriumi körülmények között átlagosan 0,4 pikoszekundum alatt lebomló D0 mezon állapotváltását nem igazán lehetséges megfigyelni, de kiindulópont jelenthet a további mérésekhez.

A kutatók szerint a következő nagy kérdés, amire választ találhatnak milliónyi D0 mezon és anti-párjuk vizsgálatával, az, hogy vajon idővel tényleg több D0 anyag keletkezik-e, mint D0 antianyag, ami a régi rejtély megoldásához is közelebb vinné a tudományt. Az oszcilláció mérése pedig ennek a vizsgálatnak az első lépése lehet.

"Még nem tudjuk teljes mértékben megoldani az univerzum misztériumait, de a legutóbbi felfedezésünk a kirakós újabb darabját tette a helyére."

- írják a kutatók a Conversationön megjelent cikkükben. Jelenleg elméleti fizikusok elemzik az eredményeket, a Nagy Hadronütköztető újranyitása után pedig tovább folytatódhatnak a kísérletek az antianyaggal kapcsolatban a Világegyetem keletkezésének megértésére.

(Fotó: Pixabay)

További cikkek a témában:

Magyar és svéd kutatók módszerével bizonyították az Odderon részecske létezését A rendkívül tünékeny részecske kimutatására negyvennyolc évet kellett várni: a felfedezés új fejezetet nyithat az erős kölcsönhatás vizsgálatában.
Lehet, hogy megtalálták a hipotetikus leptokvark részecskét, amely nem a standard modell törvényei szerint viselkedik A CERN kutatói az eddigieknél erősebb bizonyítékot találtak arra, hogy bizonyos kvarkok nem a világ működését leíró általános elmélet alapján viselkednek. Bár a szakértők óvatosak az eredménnyel kapcsolatban, de lehetséges, hogy a régóta keresett leptokvarkot vagy egy új erőt fedeztek fel.
Miért van sokkal több anyag, mint az antianyag az univerzumban? (Tényleg a banán miatt?) Az antianyagnak az ősrobbanás után az univerzum összes anyagát azonnal meg kellett volna  semmisítenie, ellenben ma is közelebb áll hozzánk fizikailag, mint gondolhatnánk. Például a banán is termeli, a banán ugyanis antianyagot hoz létre, körülbelül 75 percenként felszabadítva egy pozitront, az elektron antianyag-egyenértékét.