Csapdába ejtett vánszorgó neutronok

Elsőként észleltek gravitáció által okozott kvantumos jelenséget szentpétervári, dubnai és heidelbergi fizikusok a franciaországi Grenoble-ban, a sok neutront szolgáltató atomreaktor mellett. A Nature közölte nemrég V. V. Neszvizsevszkij és nemzetközi kutatócsoportja ezzel kapcsolatos kísérleti eredményeit. 

Az atomreaktorból kilépő neutronokat nagyon lelassították, úgynevezett ultrahideg neutronokat állítottak elő. (A magas hőmérséklethez gyors, az alacsonyhoz lassú részecskemozgás társul.) Ezek a neutronok mindössze 8 méter/másodperc sebességgel mozogtak.

A gravitációs hatások általában gyengék a részecskék világában ható többi kölcsönhatáshoz képest, s nem is kell számolni velük, egyszerűen elhanyagolhatóak. Ezért is nem észleltek eddig gravitáció által előidézett kvantumos jelenséget. A mikrovilágban megszokott sebességekhez képest éppen csak vánszorgó neutronok esetében viszont már összemérhetők voltak az erőhatások, a gravitációval is számolni kell.

	Max Planck

A latin quantum (kvantum) szó mennyiséget jelent. A szó újkori karrierje 1900-ban kezdődött el: Max Planck német fizikus feltételezte, hogy a testek nem folytonosan sugározzák ki magukból a hőt, hanem meghatározott kis adagokban, kvantumokban.

Planck kvantumhipotézise forradalmi változásokat indított el a fizikában. Felismerték és bebizonyították, hogy a mikrovilágban sok tulajdonság nem változhat folyamatosan, nem vehet fel tetszőleges értéket. Pontosan ezt figyelték meg most a nagyon hideg neutronok esetében is.

A nagyon lassú neutronok függőlegesen zuhantak egy felületre, lassúságuk miatt viszont nem tudtak behatolni az anyagba, hanem visszaverődtek róla. Mozgási energiájuk és a gravitációs kölcsönhatás nagyjából egyformán erős volt, ezért a visszapattanás után felfelé haladva lelassultak, majd ismét visszafordultak, és lefelé mozogtak.

A neutronok csapdába estek, alulról visszaverte őket a felület, fentről visszafordította őket a gravitáció. A kísérlet szerint a függőlegesen lefelé eső, majd a felszínről visszapattanó neutron nem mozoghat tetszőleges sebességgel. A megengedett, lehetséges sebességeket a kvantumelmélet szabja meg.

Kiderült az is, hogy a neutronok nem mozoghatnak 1,7 centiméter/másodperc sebességnél lassabban. A gyorsabb értékek sem lehetnek tetszőlegesek, de egyelőre csak az alsó küszöbérték létezését sikerült a rendkívül kifinomult technikákat követelő, bonyolult kísérletben igazolni. Újabb szép kísérleti bizonyítást nyert egy elméleti várakozás, a kvantumjelenségek általános jellege.

Jéki László