Újabb lépés az antianyag vizsgálatában

Több mint 30 éve vártak a fizikusok, hogy megfigyelhessék a semleges D-mezon antianyag párjának kialakulását, amikor Kaliforniában, a Stanford Lineáris Gyorsító Központban (SLAC) végre sikerült kísérletileg észlelni a jelenséget. A ritka átalakulás ismerete újabb lehetőséget teremt a részecskefizika átfogó elmélete, az úgynevezett standard modell ellenőrzésére.

A BaBar munkatársai, William Lockman, Ray Cowan és Brian Aagaard Petersen a SLAC-ban

A mezonok két elemi összetevőből, egy kvarkból és egy antikvarkból álló részecskék, ahol a kvarkokat a természet legerősebb kölcsönhatása köti egymáshoz. A természetben létező hatféle kvarkból és azok antikvark-párjából elvileg nagyon sokféle részecske rakható össze, de ezeknek nem mindegyike valósul meg, mivel a kombinációknak különféle fizikai törvényszerűségeket is ki kell elégíteniük. A mezonokból körülbelül 140 típus létezhet. A kétkvarkos mezonok mellett a három kvarkból álló részecskékből, a barionokból is számos létezik, közéjük tartozik az atommagok két alkotórésze, a proton és a neutron is.

A kilencvenes évek végén különleges, kifejezetten a kétkvarkos B-mezonok előállítására szolgáló részecskegyorsítókat építettek Japánban (Tsukubában) és az Egyesült Államokban (Stanfordban), ezeket szakmai zsargonnal B-gyáraknak (B factory-nak) nevezik. A B-gyárakban nagy energiákra felgyorsított elektronok és pozitronok ütközésénél keletkeznek a további kísérletek alapjául szolgáló B-mezonok. A stanfordi kísérlet neve "BaBar", mely az angol "B and B-bar" szókapcsolatból származik, s magyarul a "B és B-felülvonás", vagyis B és anti-B részecske kifejezésekkel helyettesítjük. (A csoport kabalafigurája természetesen Babar, a mesebeli elefánt.) A BaBar együttműködésben 10 ország 77 tudományos intézményének mintegy 600 kutatója vesz részt.

A B-gyárakat az ún. CP-sértés (azaz a töltés és a világmindenség anyagának alapkérdéseihez kapcsolódó tértükrözés sérüléseinek) tanulmányozására építették. A vizsgálatok segíthetnek annak megértésében, hogy az ősrobbanáskor egyenlő mennyiségben keletkezett anyagból és antianyagból hogyan alakult ki a ma csak anyagból álló világunk. Valamikor a világegyetem történetének nagyon korai szakaszában léphettek fel azok a fizikai hatások, amelyek megkülönböztették az anyagot és az antianyagot, és azokra eltérő módon hatottak.

A stanfordi B-gyárban a BaBar együttműködés kísérleteiben a B-mezonok mellett természetesen nagyon sokféle más részecske is keletkezik. Ezek egyike a semleges D-mezon. Antirészecske párjává történő átalakulása nagyon ritka esemény: több milliárd elektron-pozitron ütközés adatainak rögzítése során mindössze 500 D-mezon átalakulást figyeltek meg. A D-mezon mért átalakulási gyakoriságát most összevetik az elméleti számításokkal. A részecskefizika kísérleti tényeit eddig jól leíró elmélet tehát újabb vizsga előtt áll. Érdekes módon mind több fizikus reménykedik abban, hogy előbb-utóbb olyan tényre bukkan, amelyet már nem tud megmagyarázni, leírni ez az elmélet. S ekkor végre eljöhet a mait meghaladó "új fizika" korszaka.

Jéki László