A Nagy Hadronütköztető (LHC) az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) részecskegyorsítója, amely egy 27 kilométer hosszú alagútban helyezkedik el a francia-svájci határ alatt. Itt zajlanak azok a kísérletek, melyekkel a fizikai világ és a részecskék viselkedését leíró, az 1960-as évek óta érvényben lévő standard modell egyelőre megválaszolatlan kérdéseire próbálnak magyarázatot találni, bizonyos hipotetikus elméleteket tesztelni és akár a sötét anyag és sötét energia rejtélyére fényt deríteni a tudósok. A gyorsítóban hatalmas sebességgel ütköztetik egymással a protonokat, majd mérik az ezután következő reakciókat és ebből próbálnak újabb következtetéseket levonni a részecskék viselkedésével kapcsolatban.

A CERN adatai adták az alapját a nemrégen bejelentett, áttörő jelentőségű magyar-svéd felfedezésnek is, amellyel az eddig csak sejtett Odderon részecske létezésére találtak bizonyítékot.

Egy másik nemzetközi kutatócsapat most az eddig szintén csak elméleti szinten létező leptokvark jelenlétét erősítette meg, amely egy új, nem a standard modell szabályai alapján alakuló fizika kezdetét jelentheti. A standard modell törvényei szerint a leptonok különféle fajtái, vagyis az elektronok, müonok és tauk mind egyformán ugyanannak a gyenge kölcsönhatásnak engedelmeskednek. Ez az univerzális szabály írja le a részecskék ütközése után lezajló bétabomlás folyamatát is. Csakhogy egy bizonyos kvark (a kvarkok a leptonoknál súlyosabb, neutron és protont alkotó részecskék), az úgynevezett bottom, vagy b kvark a megfigyelések szerint nem a szabályok szerint viselkedik bomlás közben.

Ezt a különös jelenséget először 2014-ben vették észre a Nagy Hadronütköztetőben kísérletező tudósok, és az eltelt időben újabb jelek bukkantak fel, melyek erre az anomáliára utaltak.

A b kvarkok a lepton univerzalitás szerint egyenlő arányban kellene, hogy lebomoljanak elektronokra és a náluk kétszázszor súlyosabb müonokra, mivel ezek mindegyikére ugyanaz a gyenge kölcsönhatás hat. Csakhogy ez nem így történik, a bomlás alatt több elektron keletkezik, mint müon. Ezt a fizikusok egy eddig ismeretlen, láthatatlan részecske jelenlétével magyarázzák, melyet leptokvarknak neveztek el. Azonban ahhoz, hogy biztosan ki lehessen jelenteni, hogy a leptokvark létezik és ez a felelős a megfigyelt jelenségekért, ahhoz alaposabb bizonyítékokat kellett szerezni, mellyel a kutatók már 2019-ben próbálkoztak, de nem jártak (teljes) sikerrel. Ekkor nem csak a Nagy Hadronütköztetőben zajló mérések eredményeire, hanem a korábbi, 2015-ben és 2016-ban gyűjtött adatokra is támaszkodtak az eredmények ellenőrzése során, de nem jutottak közelebb a megoldáshoz.

A mostani tanulmány elkészítéséhez, melyet a LHC-ben dolgozó nemzetközi kutatócsapat publikált az arviX preprintszerveren (vagyis a tanulmány még tudományos bírálat előtt áll), a fizikusok már a 2017-ből és 2018-ból származó adatokkal is kiegészítették, az információkat pedig a részrehajlás elkerülése érdekében "vakteszttel" ellenőrizték. Ahogy azt a tanulmány szerzői a Conversationön megjelent, a kísérletről beszámoló cikkükben írják: amikor az egybevetett adatokból származó eredmények megjelentek a számítógép képernyőjén, az anomáliára utaló nyomok még mindig láthatóak voltak, és azt mutatták, hogy a bomlás során minden száz elektronbomlásra csak nyolcvanöt müonbomlás jutott, vagyis bizonyíthatóan kevesebb keletkezett belőle. Erre a legvalószínűbb magyarázatot a leptokvarkok jelenléte adja, ugyanis ez a hipotetikus bozon egyszerre képes kvarkokká és leptonokká bomlani.

Ez már az eddigieknél sokkal erősebb bizonyítéknak számít, de a kutatók ennek ellenére óvatosak a bejelentéssel kapcsolatban. Ahhoz, hogy egy eredményt felfedezésnek lehessen hívni, úgynevezett öt szigma besorolást kell kapnia, ezt a mostani pedig három szigma kategóriába esik, ami azt jelenti, hogy ezerből egy az esélye, hogy statisztikai véletlenről van szó, vagyis egyelőre bizonyítéknak számít, nem biztos megfigyelésnek.

Emiatt egyelőre az sem jelenthető ki teljes bizonyossággal, hogy a standard modell szabályai megdőltek és egy új fizikai elméletet kellene felállítani a részecskék viselkedésének leírására, de a nyomok mindenesetre egyre határozottabban erre utalnak.

A kutatók egyébként általában óvatosan fogalmaznak, ha új bizonyítékokról van szó, mikor 2019-ben az Atommagkutató Intézet munkatársai, Krasznahorkai Attila vezetésével szintén egy új részecske létezéséről és ezzel egy ötödik erő lehetséges jelenlétéről adtak hírt (amely ugyancsak megdöntené a standard modell törvényeit), még ők is további kísérletek elvégzését szorgalmazták. A mostani esetben is erre lesz szükség, hiszen, ahogy a kutatók mondják: a Nagy Hadronütköztetőben lefolytatott kísérletek során az 1970-es évek óta már rengeteg alkalommal bebizonyosodott, hogy a standard modell megállja a helyét, még ha vannak is felfedezetlen és megmagyarázhatatlan területei. Egyike a mostani eredményeket alátámasztó vizsgálatoknak a Japánban zajló Belle II kísérlet lehet.

(Forrás: Conversation Fotó: GettyImages, Wikimedia Commons)

További cikkek a témában:

Az ember, aki betette a fejét egy részecskegyorsítóba, és túlélte Anatolij Bugorszkij olyan villanást látott, ami "fényesebb volt ezer napnál". Abban a pillanatban biztos volt benne, hogy meg fog halni.
Magyar közreműködéssel kerülhet elő az Univerzum valószínűleg legritkább csillaga, a hiperoncsillag A CERN-ALICE együttműködésben többek között a hadronok közötti erős kölcsönhatást kutatják és nem is sikertelenül. Egy friss kutatás a szupernóva robbanások után létrejövő pulzárok nagy sűrűségű, jeges magjainak vizsgálatát segíti majd, és talán az Univerzum egyik legritkábbnak gondolt csillagtípusát is megtalálhatják végre.
A Higgs Bozon hozhatja el az új fizikát, a standard modell utódját A Higgs-bozon 2012-es megtalálása nem csupán a standard modell utolsó részecskéjének felfedezését jelentette. Bebizonyította, hogy az Univerzumban létezik egy háttér-energiamező, ami igazolta azt az elképzelést, hogy az összes tömeggel rendelkező alapvető részecske onnan szerzi meg a tömegét.