Vezető magyar részvétel az új antianyag-felfedezésben

Az antianyag-vizsgálatok újabb mérföldkőhöz érkeztek: sikerült a protonéhoz hasonló pontossággal meghatározni az antiproton tömegét. A kutatásban több magyar fizikus is részt vett.

Az antianyag létezését Paul Dirac 1929-ben jósolta meg matematikailag, majd nem sokkal utána Carl Andresonnak sikerült kozmikus sugarakban felfedeznie az első antirészecskéket, amelyek elektromos töltése ellentétes előjelű, az összes többi tulajdonsága viszont a részecskék tulajdonságaival azonos. A fizika egyik nagy rejtélye, hogy a Világegyetem általunk belátható részében miért nem látunk antianyag-galaxisokat. Az Ősrobbanás után nagyon kis különbséggel több részecske keletkezett, mint antirészecske, tehát a részecskefizika általánosan elfogadott elméletével ellentétben, kis mértékben eltérhetnek egy-egy részecske és antirészecske tulajdonságai.

A CERN európai részecskefizikai laboratórium az anyag-antianyag szimmetria ellenőrzésére építette az Antiproton-lassító (AD) berendezését. Az AD egyik nagy idei eredménye antihidrogén-atomok (antiproton és antielektron kötött állapotai) elektromágneses csapdában tartása elegendő hosszú ideig a később várható, nagy pontosságú spektroszkópiai vizsgálatokhoz.

Az antianyag-vizsgálatok újabb mérföldkőhöz érkeztek: a Nature folyóirat 2011. július 28-i számában közölte az ASACUSA együttműködés, hogy precíziós lézerspektroszkópiai vizsgálatokkal sikerült az antiproton tömegét a protonéhoz hasonló pontossággal meghatározni, és az értékek közötti különbség 2x10^-9-nél kisebb.

Ezt a hihetetlen pontosságot a 12 kutató (közöttük a KFKI RMKI és ATOMKI kutatói, lásd később) úgy érte el, hogy héliumatomban befogott antiprotonokat hosszú élettartamú állapotok között léptettek két ellentétes irányú, pontosan hangolható lézersugárral gerjesztve. A két lézersugár használata nagyrészt kiküszöbölte az atomok mozgásából származó spektroszkópiai pontatlanságot, az ún. Doppler-kiszélesedést.

Ezek a mérések megerősítik a fizikusok többségének meggyőződését, mely szerint a Világegyetem anyag-antianyag aszimmetriája nem részecske- és antirészecske-tulajdonságainak eltéréséből ered. A fenti eredmények arra indították a CERN vezetőit, hogy egy antiproton-tárológyűrű megépítésével növeljék az Antiproton-lassító teljesítményét, az új berendezés átadását 2016-ra tervezik.

A kutatást végző csoport 1997-ben alakult, és magyar szakember, Horváth Dezső (RMKI és ATOMKI) vezeti. A további magyar tagok: Barna Dániel (RMKI és Tokiói Egyetem), Juhász Bertalan (Stefan Meyer Institute, Bécs), Sótér Anna (Kvantumoptikai Max-Planck Intézet, München) Munkájukat a kezdetektől támogatja az OTKA, a támogatásból főként anyagokat és számítógépeket vásárolnak.

Irodalom:
Masaki Hori, Anna Sótér, Daniel Barna, Andreas Dax, Ryugo Hayano, Susanne Friedreich, Bertalan Juhász, Thomas Pask, Eberhard Widmann, Dezső Horváth, Luca Venturelli, Nicola Zurlo:
"Sub-Doppler two-photon laser spectroscopy of pbar-He+ and the antiproton-to-electron mass ratio",
Nature 475, 484-488 (28 July 2011)