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.

A genfi antianyaggyárFotó: mta.hu/ Horváth Dezső

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. 

Hidrogén és antihidrogénFotó: mta.hu/ Horváth Dezső

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 ALPHA (szemben) GenfbenFotó: CERN

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: