Új fizika is születhet a nagy hadronütköztetőben

Miért van az anyagnak tömege, miért létezhet egyáltalán anyag, miért csak az anyag 5%-át érzékeljük, léteznek-e extra dimenziók? - Csak néhány azokból a kérdésekből, amelyekre az idén végre remélhetőleg elinduló nagy hadronütköztetőtől várhatjuk a válaszokat. A fizikusok egy része azonban abban bízik, hogy több esetben nem lesznek válaszok, ami romba dönti a jelenlegi "unalmas" elméleti modelleket, és egy új fizika kezdetét jelenti.

Sötét anyag, sötét energia, szellemrészecskék

A kérdések sorában szerepel a sötét anyag és a sötét energia, ezekkel eddig nem foglalkoztunk sorozatunkban. Mértékadó becslések szerint a Világegyetem anyagának mintegy 22%-a sötét anyag.

Azért sötét, mert nem bocsát ki fényt, sem másféle, számunkra érzékelhető sugárzást. Sötétnek nevezhetjük azért is, mert egyelőre a sötétben tapogatózunk mibenlétét illetően. Ugyancsak ismeretlen jellege miatt kapta a sötét jelzőt az az energia, amely a gravitáció ellen hatva a Világegyetem egyre gyorsuló tágulását okozza. Ennek arányát 73%-ra teszik az össztömegben, így mindössze 5% marad a Világegyetem látható, ismert összetevőire, a csillagokra.

A legtöbb kozmológus szerint az Univerzum történetének első 10 milliárd évét a sötét anyag uralta, majd a sötét energia vette át a főszerepet, és kezdte felgyorsítani a Világegyetem tágulását.

Az elemi részecskék elméletének, a Standard Modellnek az egyik továbbfejlesztett változatában minden ma ismert részecskének van egy nála nagyobb tömegű párja, ezek lennének az úgynevezett szuperszimmetrikus partnerek. Kísérletekben évek óta keresik ezeket, mindeddig eredménytelenül.

A sötét anyagot alkothatják ilyen részecskék, például a WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), vagyis egy gyengén kölcsönható, tömeggel rendelkező elemi részecske. A WIMP a legkisebb tömegű szuperpartner, de tömege így is minimum százszor nagyobb a protonénál.

Modellszámítások szerint ezek a részecskék az Ősrobbanás óta fennmaradtak. Egyes számítások szerint a WIMP-ekből olyan sok van a Tejútrendszerben, hogy a Föld egyetlen négyzetméterén másodpercenként 10 milliárd haladhat át. Mégsem észleltünk eddig egyetlen egyet sem, tehát ha léteznek, akkor valóban csak nagyon gyenge kapcsolatba kerülhetnek a közönséges anyaggal.

Ugyancsak nagyon gyengén kölcsönhatónak gondolják a kis tömegű axionokat, amelyek szintén jól beleillenek a modern részecskefizikai elméletekbe. Az axionok és a WIMP-ek egymás mellett is létezhetnek, az egyik létezése nem zárja ki a másikét. A régóta keresett WIMP-ek és axionok mellett újabb és újabb részecskék létezését is feltételezik.

Számtalan spekuláció és elemzés után a kísérleti fizikusok hozzáláttak azokhoz a mérésekhez, amelyekkel a sötét anyag mibenlétét akarják feltárni. Egyes kísérletekben közvetlen kimutatásukra törekszenek, a normál anyaggal való kölcsönhatásuk jeleire vadászva. Mások az égbolton keresik annak a jelét, hogy valahol egy galaxisban a sötét anyag részecskéi kölcsönhatásra lépnek egymással. A harmadik vizsgálati lehetőség a létrehozásuk, előállításuk részecskegyorsítókban. Az LHC programjában szerepel a szuperpartner részecskék keresése.

Új fizikában reménykednek

Van tehát a Világegyetemben valami, amit nem látunk és egyelőre nem is értünk. Ahogy Marx György akadémikus írta néhány éve a Fizikai Szemlében: "Az Univerzum tágulása kezdetben lassult, most pedig gyorsul! ... Ezzel föladta a leckét: derítsétek ki, hogy egy újfajta anyagról van szó, ami másra csak gravitációja révén hat, vagy a vákuum jelzi létét a kozmológiai állandó révén, esetleg egy új fizika küszöbére értünk..."

A fizikusok persze új fizikában reménykednek. S. Weinberg Nobel-díjas fizikus szerint "bárhogy is oldódik meg a sötét energia és a kozmológiai állandó problémája, annak valószínűleg mély hatása lesz a fizika és a csillagászat egészére."

A felsorolt alapkérdéseket az elméleti fizika tette fel az eddigi megismert jelenségeket leíró modellekből kiindulva. Természetesen egyáltalán nem biztos, hogy a ma még ismeretlen energiatartománybeli folyamatokat, jelenségeket jól számították ki, jósolták meg. Éppen ezért van szükség a kísérletekre, a valós helyzet megismerése.

Olvasóink véleménye a nagy hadronütköztető meghibásodásáról

Alighogy elindult, komoly sérülés történt a világ legnagyobb részecskegyorsítójában.

Mi a véleménye erről?

Egy ilyen bonyolult rendszernél ez benne van 5984 58,6 %

Meglepő, hogy a sok teszt után ilyen előfordulhatott 1660 16,2 %

Szerintem mindig újabb hibák lesznek, túl bonyolult 2576 25,2 %

Összesen: 10 220 szavazat

A fizika is az elmélet és a kísérlet állandó kölcsönhatásával halad előre. Időnként az elmélet előrejelez valamit, ami kísérleti megerősítésre vár, máskor a kísérlet hoz felszínre, értelmezésre, magyarázatra váró megfigyeléseket. A jóslatok nem mindig igazolódnak be, a mérések némelyikét is megcáfolják később. A 20. századi részecskefizika egyik nagy alakja, Victor Weisskopf a részecskefizikai kutatásokat Kolumbusz utazásához hasonlította. A gyorsító-berendezésekkel foglalkozó fizikusok és mérnökök építik a hajókat, a kísérleti fizikusok feszítik ki a vitorlákat, és ők fedezik fel Amerikát. Az elméleti fizikusok pedig azok, akik Madridban ülve megjósolják, hogy a hajó Indiában fog partot érni...

Elképzelhető, hogy egyszer majd rájövünk, téves volt a kvark-hipotézis. De éppen úgy kiderülhet az is, hogy a kvarkok léteznek, csak azért nem tudjuk közvetlenül megfigyelni őket, mert - mint Richard Feynman Nobel-díjas elméleti fizikus tréfásan írta - "az alfa mínusz blabladronok konsternációja tézimális -, ahogy ezt 25 év múlva minden iskolásgyerek tudni fogja".

Új főigazgató a CERN-ben

2008 decemberében ülést tartott a CERN legfőbb döntéshozó testülete, a tagállamok képviselőiből álló Tanács (Council). Megköszönték Robert Aymar professzor munkáját, aki az elmúlt öt évben volt főigazgató. Erre a periódusra esett a CERN fennállásának 50 éves jubileuma, ezalatt fejeződött be az LHC, a nagy hadronütköztető építése, amelyben elindították az első részecskenyalábokat.

A Tanács elismeréssel fogadta a szeptember 19-i műszaki hiba okainak és következményeinek gyors, professzionális feltárását. Jóváhagyták Románia tagjelölti státuszát: Románia egy ötéves átmeneti időszak után válik teljes jogú taggá. A január 1-jén hivatalba lépett új főigazgató, a német Rolf Heuer professzor 2009 legfontosabb feladatának a fizikai kutatások megkezdését jelölte meg az LHC-nál.