Valid XHTML 1.0 Strict

2016.05.27. - Az ötö­dik köl­csön­ha­tás nyo­má­ra buk­kan­hat­tak egy ma­gyar la­bor­ban?

Ame­ri­kai el­mé­le­ti fi­zi­ku­sok sze­rint az MTA deb­re­ce­ni Atom­mag­ku­ta­tó In­té­ze­té­ben egy ra­dio­ak­tív bom­lá­si kí­sér­let so­rán meg­fi­gyelt ano­má­lia a ter­mé­szet ötö­dik, egy­elő­re csak sej­tett alap­ve­tő köl­csön­ha­tá­sá­nak a nyo­ma le­het.

Krasz­na­hor­kay At­ti­la (MTA Atom­mag­ku­ta­tó In­té­ze­tét, Deb­re­cen) és kol­lé­gái idén ja­nu­ár­ban meg­le­pő új ered­mény­ről szá­mol­tak be a Phy­si­cal Re­view Let­ters c. ran­gos fo­lyó­irat­ban. A cikk­ben egy új, az elekt­ron­nál mind­össze 34-szer ne­he­zebb bo­zon fel­fe­de­zé­sét je­len­tet­ték be, de ez ak­kor nem kel­tett túl nagy fel­tű­nést. 2016. áp­ri­lis 25-én azon­ban ame­ri­kai el­mé­le­ti fi­zi­ku­sok egy cso­port­ja Jo­nat­han Feng (Uni­ver­sity of Ca­li­for­nia, Ir­vi­ne) ve­ze­té­sé­vel az ar­Xiv-on meg­je­len­te­tett egy pre­prin­tet, amellyel a ma­gyar ered­ményt jó­val tá­gabb össze­füg­gés­be he­lyez­ték, hi­szen azt mond­ják, hogy a deb­re­ce­ni ada­tok egyet­len ko­ráb­bi kí­sér­let­nek sem mon­da­nak el­lent, és a mé­rés va­ló­já­ban a ter­mé­szet ötö­dik alap­ve­tő köl­csön­ha­tá­sá­nak lé­te­zé­sét bi­zo­nyít­ja. Négy nap­pal ké­sőbb Feng két kol­lé­gá­ja be­mu­tat­ta az el­kép­ze­lé­sü­ket a SLAC Na­ti­o­nal Ac­ce­le­ra­tor La­bo­ra­to­ry (Men­lo Park, Ca­li­for­nia) ál­tal szer­ve­zett kon­fe­ren­ci­án, ahol Bog­dan Wojt­sek­hows­ki (Tho­mas Jef­fer­son Na­ti­o­nal Ac­ce­le­ra­tor Fa­ci­lity, New­port News, Vir­gi­nia) el­mon­dá­sa sze­rint a ku­ta­tók ugyan szkep­ti­ku­sak vol­tak Fen­gék öt­le­tét il­le­tő­en, de na­gyon lel­ke­sen fo­gad­ták, és so­kan ja­vas­la­tok­kal is elő­áll­tak ar­ról, ho­gyan le­het­ne el­len­őriz­ni azt. Eu­ró­pai és ame­ri­kai cso­por­tok is azon a vé­le­mé­nyen van­nak, hogy egy éven be­lül iga­zol­ni vagy cá­fol­ni tud­ják a ma­gyar ered­ményt.

Je­len­le­gi tu­dá­sunk sze­rint a ter­mé­szet négy alap­ve­tő köl­csön­ha­tá­sa a gra­vi­tá­ci­ós, az elekt­ro­mág­ne­ses, az erős és a gyen­ge köl­csön­ha­tás, a fi­zi­ku­sok azon­ban egy ide­je már úgy vé­lik, hogy lé­tez­het egy ötö­dik is. Az el­múlt év­ti­zed­ben az új köl­csön­ha­tás utá­ni ke­re­sés fel­gyor­sult, mi­vel a ré­szecs­ke­fi­zi­ka ún. szten­derd mo­dell­jé­nek ke­re­tei kö­zött nem tu­dunk szá­mot ad­ni a sö­tét anyag­ról, amely­ről úgy vél­jük, hogy az Uni­ver­zum tö­me­gé­nek egy je­len­tős, a ma­gá­ról elekt­ro­mág­ne­ses su­gár­zás­sal hírt adó kom­po­nens­nél jó­val na­gyobb ré­szét te­szi ki. A te­o­re­ti­ku­sok szá­mos eg­zo­ti­kus ré­szecs­két és köl­csön­ha­tás-köz­ve­tí­tőt al­kot­tak meg el­mé­let­ben, ezek kö­zé tar­to­zik az elekt­ro­mág­ne­ses köl­csön­ha­tást köz­ve­tí­tő kö­zön­sé­ges fo­ton ana­ló­gi­á­já­ra a "sö­tét fo­ton" is.

Krasz­na­hor­kay At­ti­la sze­rint ők csak a sö­tét fo­to­nok lé­te­zé­sé­re ke­res­tek bi­zo­nyí­té­kot, Fen­gék vé­le­mé­nye azon­ban az, hogy va­la­mi mást ta­lál­tak. A ma­gyar ku­ta­tók 7-es tö­meg­szá­mú lí­ti­um-izo­tó­po­kat tar­tal­ma­zó cél­tár­gyat bom­báz­tak pro­to­nok­kal, ami­nek kö­vet­kez­té­ben 8-as tö­meg­szá­mú in­sta­bil be­ril­li­um-izo­tó­pok jöt­tek lét­re, ame­lyek az­tán el­bom­lot­tak, a bom­lás köz­ben pe­dig elekt­ron-po­zit­ron pá­rok ke­let­kez­tek. A szten­derd mo­dell­nek meg­fe­le­lő­en azt kel­lett vol­na ta­pasz­tal­ni­uk, hogy a de­tek­tált pá­rok szá­ma csök­ken, aho­gyan a ke­let­ke­zett és szét­re­pü­lő elekt­ron-po­zit­ron pár tra­jek­tó­ri­ái köz­ti szög nő. Krasz­na­hor­kay és kol­lé­gái azon­ban ar­ról szá­mol­tak be, hogy kö­rül­be­lül 140°-nál egy vá­rat­lan csúcs ta­pasz­tal­ha­tó a szög sze­rin­ti el­osz­lás­ban.

IMAGE

Az MTA deb­re­ce­ni Atom­mag­ku­ta­tó In­té­ze­té­nek elekt­ron-po­zit­ron spekt­ro­mé­te­re.
[MTA AI]

Krasz­na­hor­kay sze­rint a ki­ug­rás azt bi­zo­nyít­ja, hogy az in­sta­bil be­ril­li­um-izo­tó­pok egy ki­csiny ré­sze a több­let­ener­gi­á­ját egy új ré­szecs­ke for­má­já­ban ve­szí­ti el, ame­lyik az­tán elekt­ron-po­zit­ron pár­rá bom­lik el. Kol­lé­gá­i­val ki is szá­mol­ta a ré­szecs­ke tö­me­gét, ami 17 MeV-nek (me­ga­elekt­ron­volt­nak) adó­dott. A deb­re­ce­ni ku­ta­tók biz­to­sak a kí­sér­le­tük ered­mé­nyé­ben, mi­vel az el­múlt há­rom év­ben - min­den el­kép­zel­he­tő hi­ba­for­rást ki­kü­szö­böl­ve - sok­szor meg­is­mé­tel­ték azt. An­nak az esé­lye, hogy a szög sze­rin­ti el­osz­lás­ban a csúcs vé­let­le­nül je­le­nik meg, egy a két­száz­mil­li­árd­hoz.

A ma­gya­rok vé­le­mé­nyé­vel szem­ben Feng és mun­ka­tár­sai azt mond­ják, hogy a 17 MeV tö­me­gű ré­szecs­ke nem sö­tét fo­ton. Az új és a ko­ráb­bi kí­sér­le­ti ered­mé­nyek elem­zé­se után ar­ra a kö­vet­kez­te­tés­re ju­tot­tak, hogy a ré­szecs­ke in­kább egy ún. "pro­to­fo­bi­kus X bo­zon" (pro­to­pho­bic X bo­son). Egy ilyen ré­szecs­ke na­gyon rö­vid, mind­össze az atom­mag át­mé­rő­jé­nek né­hány­szo­ro­sát el­érő ha­tó­tá­vol­sá­gú köl­csön­ha­tást köz­ve­tí­te­ne, és a sö­tét - il­let­ve kö­zön­sé­ges - fo­ton­nal el­len­tét­ben nem az elekt­ro­nok és a pro­to­nok, ha­nem az elekt­ro­nok és a ne­ut­ro­nok kö­zött. Feng cso­port­ja más ré­szecs­ké­ket is vizs­gál, hogy azok ma­gya­ráz­hat­ják-e a ma­gya­rok ál­tal de­tek­tált ano­má­li­át, a leg­egy­sze­rűbb le­he­tő­ség­nek azon­ban a pro­to­fo­bi­kus bo­zont tart­ják.

Jes­se Tha­ler, az MIT (Mas­sa­chu­se­tts Ins­ti­tu­te of Tech­no­logy, Camb­ridge) el­mé­le­ti fi­zi­ku­sa sze­rint a Feng cso­port­ja ál­tal fel­ve­tett szo­kat­lan csa­to­lás mi­att ő sze­mély sze­rint szkep­ti­kus az új ré­szecs­ke lé­te­zé­sét il­le­tő­en, és egé­szen biz­to­san nem ez ju­tott vol­na elő­ször eszé­be a szten­derd mo­dell ki­ter­jesz­té­sé­vel kap­cso­lat­ban. Min­den­eset­re fi­gye­lem­mel fog­ja kí­sér­ni a fej­le­mé­nye­ket, mi­vel le­het, hogy még­is ez az el­ső kéz­zel­fog­ha­tó jel­zés a lát­ha­tó uni­ver­zu­mon tú­li vi­lág fi­zi­ká­já­ról.

Va­ló­já­ban már nem kell so­ká­ig vár­ni an­nak el­dön­té­sé­re, hogy a 17 MeV tö­me­gű ré­szecs­ke va­jon lé­te­zik-e vagy sem. A Jef­fer­son La­bo­ra­to­ry ál­tal ko­or­di­nált Dark­Light el­ne­ve­zé­sű kí­sér­le­tet, amely­ben elekt­ro­nok­kal bom­báz­nak hid­ro­gén­gázt, pon­to­san a 10 és 100 MeV kö­zöt­ti tö­me­gű sö­tét fo­to­nok de­tek­tá­lá­sá­ra ter­vez­ték. A Dark­Light kol­la­bo­rá­ció szó­vi­vő­je, Ri­chard Mil­ner (MIT) sze­rint ezek után fő­leg a 17 MeV kö­rü­li tar­to­mány­ra fog­nak kon­cent­rál­ni, és kö­rül­be­lül egy éven be­lül vagy meg­ta­lál­ják a jel­zett ré­szecs­két, vagy be­ha­tá­rol­ják a kö­zön­sé­ges anyag­gal va­ló köl­csön­ha­tá­sá­nak erős­sé­gét. A fel­té­te­le­zett bo­zon nyo­má­ra akad­hat­nak a CERN-ben is (LHCb kí­sér­let), ahol kvark-an­ti­kvark bom­lá­so­kat ta­nul­má­nyoz­nak, vagy két má­sik kí­sér­let­ben, ame­lyek­ben po­zit­ro­nok­kal bom­báz­nak fix cél­tár­gya­kat. Az egyik hely­szín az INFN Fra­s­ca­ti Na­ti­o­nal La­bo­ra­to­ry Ró­ma kö­ze­lé­ben, a má­sik pe­dig a Bud­ker Ins­ti­tu­te of Nuc­lear Phy­sics a szi­bé­ri­ai No­vo­szi­birszk­ben.

Ro­u­ven Es­sig, a new yor­ki Stony Bro­ok Uni­ver­sity el­mé­le­ti fi­zi­ku­sa, a SLAC kon­fe­ren­cia egyik szer­ve­ző­je úgy vé­li, hogy a bo­zon "nem várt" tu­laj­don­sá­gai va­ló­szí­nűt­len­né te­szik a lé­te­zé­sé­nek meg­erő­sí­té­sét, a tesz­te­ket azon­ban üd­vöz­li, hi­szen őrült­ség len­ne, ha nem pró­bál­nánk egy má­sik kí­sér­let­tel is el­len­őriz­ni az ered­ményt, tud­va, hogy a ter­mé­szet már ko­ráb­ban is sok­szor meg­le­pett ben­nün­ket...

For­rás:

Valid CSS!
Hy-phen-a-tion