Közel a magyarázat az antianyag érthetetlen hiányára
Az antihidrogén korábban ismeretlen tulajdonságait mérték meg a Genf melletti antianyaggyárban – számolt be a tudományos áttörésről az mta.hu-n a most megvalósult kísérletet több mint két évtizeddel ezelőtt javasoló öttagú kutatócsoport magyar tagja, Horváth Dezső, az MTA professor emeritusa.
Mint írja, az antianyag azóta foglalkoztatja az emberiséget, amióta az 1933-ban Nobel-díjjal jutalmazott Paul Dirac 1928-ban matematikailag rábukkant, az 1936-os Nobel-díjas Carl Anderson pedig felfedezte a kozmikus sugárzásban az első antirészecskét, az elektron párját, a pozitront.
Horváth professzor szerint ugyanis a fizika feltételezi a részecske-antirészecske, anyag-antianyag egyenértékűségét (a töltések ellentétes előjele mellett), és mindezt az elméleten túl többféle mérés eredménye is alátámasztja. Ezért is érthetetlen az antianyag hiánya a világegyetemben. Mint a magyar kutató is írja, nem látni antianyag-galaxisokat, pedig az ősrobbanás után, a sugárzási időszak lezárultával ugyanannyi részecskének és antirészecskének kellett volna keletkeznie.
A talány megfejtésére az európai országok közös részecskefizikai laboratóriuma, a CERN Genf mellett több kísérleti berendezést is épített. A legújabbat el is nevezte antianyaggyárnak (Antimatter Factory), melyben több egymással versengő kísérletet folytatnak.
Az antianyaggyár fő berendezése, az antiproton-lassító (AD, Antiproton Decelerator) nagy energiájú protonokat lő anyagba, proton-antiproton részecskepárokat hozva létre. A részecskepárokból kiválasztja a gyors antiprotonokat, majd lelassítja és a kísérletekhez juttatja őket. E kísérletekben különböző módokon csapdába ejtik az antiprotonokat, és úgy tanulmányozzák viselkedésüket. Jelenleg az antiproton-lassító az egyetlen komolyabb antiprotonforrás a világon.
Horváth Dezső és négy társa 26 évvel ezelőtt írt megvalósíthatósági tanulmányában leírta az anyag-antianyag egyenértékűség legérzékenyebb ellenőrzésének most megvalósított módját. Ennek lényege, hogy a vizsgálatokhoz először is csapdázni kell az antiprotonokat, azaz a végletekig lelassítva (lehűtve) úgynevezett potenciálgödörbe kell juttatni őket. Ezután sűrű pozitroncsomagot kell juttatni e csapdába, ahol azok az antiprotonokkal ütközve atomi állapotot, antihidrogént hoznak létre.
Az MTA professor emeritusának beszámolója szerint az áttörést óriási versenyben az ALPHA (Antimatter Laser Physics Apparatus) kísérlet érte el. Az ALPHA volt az első kísérlet, melyben sikerült antihidrogén-atomokat tárolni a későbbi spektroszkópiai mérésekhez elegendő ideig. Ezt 1000 másodperces tárolással bizonyították, ami az atomi folyamatok sebességéhez képest végtelen hosszú időnek számít.
Meghatározták a tárolt antihidrogén-atomok töltésének semlegességét, amivel behatárolták a lehetséges eltérést a proton és antiproton töltése között. Ezután az antihidrogén-atomok gravitációs süllyedéséből meghatározták a lehetséges különbséget a proton és az antiproton gravitációs tömege között. Az ALPHA együttműködés legújabb eredménye az első spektroszkópiai antihidrogén-észlelés.
Az eredmény Horvát professzor szerint áttörést jelent az antianyag tanulmányozásában. „A kísérletet 1992-ben javasoltuk, a CERN 1999-ben adta át a fizikusoknak az antiproton-lassítót, és mostanra sikerült több mint 25 éves elképzelésünket az ALPHA együttműködésnek megvalósítania. A kísérlet folyamán mágnescsapdába töltöttek milliónyi antiprotont. Közülük kilencvenezret hoztak a csapdában elegendően alacsony energiára. Hárommillió ugyancsak csapdázott pozitronnal összekeverték őket, és így létrehoztak ötvenezer antihidrogén-atomot. Ezek közül 20 (húsz!) egyedet sikerült csapdában tartani, mindezt T=0,54 K (fél fokkal az abszolút nulla fölötti) hőmérsékleten.” A mintegy 15 ezer antihidrogén-atomon végzett mérés eredményeként kapott átmeneti frekvencia 2x10-12 pontossággal egyezik a közönséges hidrogénatomra mérttel, tehát ilyen pontosan megerősíti anyag és antianyag egyenértékűségét.
Az MTA professor emeritusa így összegzett: „látjuk tehát, hogy továbbra sem magyarázhatjuk az antianyag hiányát a világegyetemben részecskék és antirészecskék különböző tulajdonságaival, annak feltehetően kozmológiai oka van”.
A témáról az alábbi cikkeinkben írtunk már részletesebben is: