Egyelőre parlagon az antianyagot kutató mérőrendszer

2007.04.17. 8:40

Michael Griffin, a NASA vezetője nemrég egy szenátusi bizottság ülésén bejelentette, hogy nem tudják űrrepülőgéppel a Nemzetközi Űrállomásra szállíttatni az AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) nevű kísérleti rendszert, mert valamennyi tervezett űrrepülésre az űrállomás építésének befejezéséhez van szükség, és más célra nincsen szabad raktérkapacitás. Az antianyag-kutatásra szolgáló mérőrendszer a fizikai Nobel-díjas Samuel Ting kezdeményezésére és vezetésével épült 1,5 milliárd dollár költséggel.

Az 1936-ban Amerikában született Samuel Ting húszéves koráig Kínában élt. A genfi Európai Részecskefizikai Kutatóintézetben (a CERN-ben) és Hamburgban végzett részecskefizikai kísérletei után az amerikai Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban 1974-ben új részecskét fedezett fel: a J-részecske egy ún. bájos kvarkból és egy bájos antikvarkból álló mezon, ez volt az első "bájos részecske". Vele egy időben B. Richter Stanfordban állította elő ugyanezt a részecskét, ő pszí-részecské-nek nevezte el. Ting és Richter már röviddel a felfedezés után, 1976-ban megosztott fizikai Nobel-díjat kapott.

A NASA és Ting 1995-ben jelentette be az antianyag-kutatásra szolgáló AMS-kísérletet; 1998-ban a rendszer kis prototípusát sikeresen ki is próbálták a Discovery űrrepülőgépen. A tervek szerint a kész spektrométert egy űrrepülőgép vinné fel az űrállomásra, ahol a berendezés az állomáshoz csatlakoztatva legalább három évig gyűjtené az adatokat.

Földi laboratóriumokban rövid időre és kis számban sikerült természetes forrásból antianyag-atomokat előállítani, kozmoszból származó antiatomokat viszont még sohasem észleltek. Az ősrobbanás után közvetlenül még szimmetrikusan indult a világ fejlődése, anyag és antianyag egyenlő mértékben keletkezett, majd az anyag túlsúlyra jutott, legalábbis a világegyetem hozzánk közeli tartományaiban. Nem tudjuk, hogy így történt-e mindenütt. Másutt, távol, talán vannak antianyagból álló galaxisok. Az ezekből elkószált és a galaxisok közti utazást szerencsésen túlélt antiatomok észlelésére építették az AMS-t. Az antiatomok, ha vannak, nem érnek le a Föld felszínére, hiszen anyaggal találkozva azonnal szétsugároznak - ezért repülne az AMS az űrállomással együtt közel 400 kilométer magasságban.

Nehéz feladat előtt álltak az 1990-es évek második felében a mérőberendezés prototípusának tervezői, építői. A szokásos részecskefizikai műszerek is hatalmasak, de minden zavaró körülménytől mentes földi laboratóriumokban működnek. Az AMS-t viszont úgy kellett megépíteni, hogy működőképes legyen az űrrepülőgép nagy terhelést jelentő felszállása és visszatérte után is. Az észlelőrendszer erős mágnes belsejében helyezkedik el. A mágnes minden töltött részecskét eltérít az eredeti pályájáról, az anyagot és az antianyagot éppen ellentétesen, az egyiket jobbra, a másikat balra. A különleges neodímium-vas-bór ötvözetből készült mágnes közel három tonnát nyom. A mágnes által eltérített részecskék olyan összetett, többréteges - szendvics felépítésű - detektoron haladtak át, amelyben az útjuk századmilliméter pontossággal rekonstruálható. Közel kétezer érzékelő figyeli a rétegeken áthaladó részecskéket. Ennek a nagy, ugyanakkor nagyon finom, érzékeny részeket is tartalmazó szerkezetnek kellett elviselnie egy próbaút során a startot.

A rendszer a földi próbák során 17 g terhelést is kibírt, így az indítással járó 3 g már meg sem kottyant neki. A mágnes 1500 gauss erősségű, szórt tere két méter távolságban már csak 4 gauss, így egyáltalán nem zavarja az űrrepülőgép érzékeny rendszereit. Nem kis gondot okozott a tervezőknek a Föld mágneses terének a mozgó mágnesre gyakorolt hatása: a forgató erőhatásokat megfelelő konstrukcióval eleve kivédték, de a mágnes részei között fellépő 4 tonnás nyírófeszültséget állnia kellett a szerkezetnek. A rövid próbaút csak a mérőrendszer működőképességének a kipróbálására, ellenőrzésére volt jó, antirészecskét ezalatt nem észleltek.

Az AMS széleskörű nemzetközi összefogással, 16 ország kutatóinak részvételével épült, a fontosabb résztvevők az Egyesült Államok, Németország, Olaszország, Franciaország, Svájc, Oroszország, Kína és Tajvan. A politikailag igazán érdekesnek nevezhető csapatösszeállítás bevált, sikeres volt a közös munka. A berendezés végső ellenőrzése a genfi CERN-ben és az Európai Űrügynökség noordwijki kutatóközpontjában folyik, s 2008-ra készen fog állni az űrbe juttatásra.

A programot 30 millió dollárral támogatta az USA energiaügyi minisztériuma, felkérésükre decemberben független tudományos testület tekintette át a kísérletet. Véleményük nagyon elismerő volt. A NASA is 55 millió dollárt költött már arra, hogy az űrrepülőgép raktere befogadja a 6,8 tonnás AMS-t. Űrrepülőgép helyett a Japánban készülő H-2 szállítóeszköz felvihetné a berendezést, de ehhez a járművet és a kísérleti eszközt módosítani kellene - a pótlólagos költségeket 250-560 millió dollár közé teszik. Pályára állíthatná egy rakéta, majd egy űrrepülőgép befoghatná és az űrállomáshoz vihetné, ennek járulékos költsége viszont már 400 millió dollár lenne. Ha pedig az űrállomástól teljesen függetlenül, szabadon repülve, saját napelemekkel akarnák működtetni, akkor az átalakítás költségei elérhetnék az 1 milliárd dollárt.

Jéki László

KAPCSOLÓDÓ CIKKEK