jó lenne, ha elmagyarázná, mert ehhez túl keveset tudok a magfizikából.
Nem kell hozzá sok magfizika.
Van egy jól ismert átmenet egy atommag két állapota között. Az átmenet energiáját általában egy gamma-foton viszi el. De ha létezik egy új, ismeretlen részecske, aminek tömege épp ennek az átmenetnek az energiatartományába esik, akkor kis valószínűséggel, de ez a részecske is létrejöhet. Energia van elég, semmilyen megmaradási törvény nem tiltja a folyamatot, ezért a kvantummechanikai Murphy-törvénynek megfelelően ("ami megvalósulhat, az előbb-utóbb meg is valósul") ez az eddig ismeretlen részecske is megjelenhet a folyamatban.
(Valójában persze a kutatók fordított logika szerint dolgoztak. Bizonyos elméletek előrejeleznek egy új részecskét, valamekkora tömeggel és valamilyen kvantumszámokkal. Ezért a magfizikus szakemberek kerestek a sok már megvizsgált között egy olyan magfolyamatot, ahol éppen a megjósolt részecskének megfelelő viszonyok állnak fenn, és amely viszonylag könnyen előidézhető, valamint viszonylag könnyen mérhető.)
Az ismeretlen részecske azonban instabil, ezért gyorsan elbomlik. Őt magát közvetlenül nem lehet észlelni, de bomlástermékeit igen. Ezek jelen esetben elektron-pozitron párok. Ezek impulzusának irányából vissza lehet következtetni az őket szülő ismeretlen részecske tulajdonságaira. Pl a két részecske nagyobb valószínűséggel repül ki egymással bizonyos szögben, ha az ismeretlen részecske (sötét foton vagy valami más?) bomlásából keletkezett, mintha ez a részecske nem lenne jelen.
Igen ám, de ilyen elektron-pozitron párok más "háttér"-folyamatokban is keletkeznek. Ilyen esetekben a kvantumelmélet két alapvető tulajdonsága nehezíti meg a kutatók dolgát. Az egyik az, hogy az azonos fajtájú részecskék teljesen azonosak. Az elektron nem tud bemutatkozni: "én a Józsi nevű elektron vagyok, most szült engem egy sötét foton, rám figyeljetek, ne a haveromra, Bélára, aki egy közönséges müonbomlásból származik" - ezt sajnos nem tudja elmondani: Józsi és Béla tökéletesen azonosak. A másik nehézség a részecskék hullámtermészetéből adódik. Párhuzamos "csatornák", azaz hasonló végállapotokhoz vezető különböző folyamatok esetén a hullámokat össze kell adni, és az összeg négyzete adja meg a folyamat valószínűségét. Ezért könnyen alakulhat ki erősítő interferencia is. Ez abban jelenik meg, hogy a mért görbéken (amik a vizsgált jelenség gyakoriságát ábrázolják valamilyen paraméter, pl a kirepülés szöge vagy a bombázó részecske energiájának függvényében) pusztán interferencia miatt is megjelenik egy kiemelkedés, csúcs avagy hupli. A kutató azt hiszi, hogy valami új jelenséget talált, ami megnövelte a folyamat valószínűségét, holott csak a hullámjelenségek játszottak vele.
Egy hasonlat: gyakran járunk raftingolni a Soca vagy a Salza folyókra. Itt az ember már messziről látja, hogy a folyó a medrében álló szikláknál feltorlódik, habzik, bugyog, a helyzet veszélyes, ügyesen kell kormányozni, és nem jó nekimenni a víz alatti sziklának. Az egyik ilyen alkalommal meglepődve láttuk, hogy a helyi kormányos pontosan nekiirányítja a hajót a nagy hullámoknak, egyenesen a víz alatti szikla felé. Aztán átcsusszantunk a hullámon, persze mindenki teljesen vizes lett, de a hajó nem akadt fenn a sziklán - nem volt semmiféle víz alatti szikla: a messziről is látható három méteres hullámokat a két távolabbi sziklafalról visszaverődött hullámok állandó jellegű erősítő interferenciája okozta, bármiféle szikla nélkül. A helyi kormányosok ezt persze tudják, és élvezik a turisták riadalmát.
Hasonló jellegű kvantuminterferenciák nem egyszer produkáltak már látszólagos magfizikai vagy részecskefizikai jelenségeket: a mérési görbén ott volt a jellegzetes rezonanciacsúcs, de nem volt mögötte semmi lényeges újdonság, pusztán a folyamat különböző megvalósulási csatornái közötti interferencia okozta a jelenséget. És az óvatlan felfedezők kénytelenek voltak visszakozni...
A beidézett cikk legnagyobb része azzal foglalkozik, milyen gondosan vizsgálták át a kutatók az ilyen csapdákat, vették be a számításaikba és méréseikbe a zavaró hátteret és az esetleges rezonanciákat. És persze sejthetjük, hogy ha a cikkben ez a kérdés ilyen nyomatékkal szerepel, akkor a több hónapos vagy több éves kutatás idején ez volt a központi, mindennap visszatérő probléma: hogyan lehet úgy élesíteni a berendezést, javítani a felbontást, elkülöníteni és számításba venni az eseteket, hogy a mért effektus valódi, vállalható és publikálható jelenség legyen, ne mérési hiba vagy más artefact. Amikor a kutatás végén a kutatók kijelentik, annak valószínűsége, hogy a mért hatást a véletlen okozta, egy milliomodnál is kisebb, akkor eme állítás mögött sok-sok kísérleti munkaóra és teliszámolt papírlap áll.
A cikk 4. ábrájának jobb alsó sarkában megjelenő kis hupli tehát valódi eredmény. A folytonos görbe jelzi a szimulációt. Ebbe minden ismert magfizikai és részecskefizikai effektust beleszámolnak, de még az olyan apróságokat is, mint a műszer bizonyos alkotórészeinek nikkeltartalma - mert már előfordult az is, hogy a berendezés bizonyos részeinek atommagjairól visszaverődött részecskék okoztak látszólagos effektust. A szimulált görbe tehát tartalmazza "az ismert fizika" jóslatait arról, hogy adott szögben hány elektron-pozitron pár várható a kísérlet során. És ez persze nem csak egy görbe - a bombázó protonok energiájának, esetleg sok más paraméternek más értékeivel is lefuttaták a szimulációt.
Ha ezek után a kísérlet azt mutatja, hogy szignifikáns (statisztikailag releváns, jól reprodukálható) eltérés van az elméleti előrejelzés (a folytonos görbe) és a mérési eredmények (a kereszttel jelölt pontok) között, akkor a kutatók "valóban találtak valamit".
Hogy mit is, az még persze kérdéses. Hiszen nagyon sokféle ismeretlen jelenség okozhat ilyen effektust (a már figyelembe vett ismert jelenségeken kívül). Ilyenkor először is körül kell határolni a jelenséget. A cikk említi, hogy a "hupli" csak a bombázó protonok bizonyos energiatartományában jelentkezett. Ez megerősíti a hipotézist, hogy valóban egy adott tömegű (és ennek megfelelő energiájú) új részecske játszott szerepet. Ha valami mérési hiba vagy a berendezés rossz beállítása okozta volna az effektust, akkor az szélesebb energiatartományban is jelentkezett volna. És mivel a kísérletet eleve egy adott, megjósolt részecske elvárt tulajdonságainak megfelelően tervezték, a legjobb és leginkább kézenfekvő magyarázó hipotézis az, hogy tényleg az elvárt részecske közvetett nyomát találták meg.
Most jön a más laborok más berendezéseivel való ellenőrzés. Ha a jelenség valódi, akkor kissé más körülmények között is jelentkezik. Az ilyen ismétlő mérések segítenek kiszűrni az eredeti kutatók által esetleg észre sem vett hibákat, mellékhatásokat (annak idején így jöttek rá arra, hogy a kísérleti berendezés egyes alkatrészeinek fémtartalma is beleszólt a jelenségbe - más masinával megismételve a mérést az effektus nem jelentkezett). Ha aztán több felől is megismételték a hupli (vagy elegánsabban: anomália) létezését, jöhetnek az elméleti magyarázatok.
Alulfoglalkoztatott elméleti részecske- és magfizikusok légiói állnak készen arra, hogy ha a kísérletiek valami ilyesmit, azaz a korábbi standard elmélettől eltérő jelenséget tapasztalnak, akkor ők két hét vagy akár két nap alatt kiváló magyarázattal szolgálnak. Nagyobb részt az általánosan elfogadott elmélet (a részecskefizikai Standard Modell) környezetében már régóta ólálkodó, de még nem bizonyított elméletek (pl szuperszimmetria) valamelyik verzióján alapuló számolásokkal. De sokan ilyenkor vetik be saját egzotikus ötleteiket is a hetedik dimenziótól kedve a neutrínók hasadásáig. Az elméletek burjánzása után következik a részletes analízis, a szétválogató kísérletek megtervezése. Oké, hogy mind a huszonhét felvetett modell megmagyarázza a most tapasztaltakat - de számoljátok ki, melyik modell mit jósol a jövőre üzembe lépő új berendezésen elvégzendő új kísérlet eredményeire vonatkozóan! Ha az elméletek eléggé kiérleltek, tényleg jósolnak valamit - és akkor a következő tényleges kísérlet a versengő elméletek nagy részét kiszórja, megcáfolja. Néhány ilyen kör (és közben néhány eltelt év) alatt általában kialakul a konszenzus az új jelenség magyarázatára.
Láthatóan az egészben az a legkevésbé fontos, hogy épp magfizikai kísérleteket végeztek. Alapkutatásról, új elemi részecskék kereséséről van szó. A debreceni fizikusok jó érzékkel ismerték fel, hogy a most szóba került energiatartományban az ő berendezéseik (a meglevők és a speciálisan erre a célra kifejleszthetők), valamint a hozzájuk kapcsolódó saját szaktudásuk releváns mérésekre, új információk szerzésére alkalmasak. És mivel jól ismerik az atommagokat, ki tudták választani azt a jól megvalósítható, jól mérhető, és elméletileg is kontrollálható magreakciót, ahol az új, feltételezett részecske mérhető, a háttérből kiemelkedő effektust tud produkálni. És mert a meglevő berendezések ehhez nem voltak elég érzékenyek, ki tudták számítani, mennyit kell javítani rajtuk, és azt is kiszámolták, hogy meg tudják csinálni. Ezért meg is csinálták. Ilyen elméleti és technikai háttérrel tudtak belevágni az új berendezés építésébe és az új mérésbe.
Ami persze egészen a siker bebizonyosodásának pillanatáig puszta lutri. Senki sem lehetett bizonyos benn, hogy az új, érzékenyebb berendezések valóban észlelnek valami eltérést az elméleti görbéktől. De megkockáztatták, és bejött. Sok tudás, sok szakértelem, még több munka - és némi szerencse.
Persze utólag még bebizonyosodhat, hogy nem azt találták, amit kerestek. Máris sokféle hipotézis van forgalomban, a sötét fotontól az ötödik kölcsönhatásig (és sokan azt sem tudják eldönteni, hogy e két kifejezéssel ugyanarról a dologról beszélnek-e, vagy két különbözőről). És a közeljövőben megkezdődik a magyarázó elméletek burjánzása. Az bizonyos, hogy "fogtak valamit" - de hogy mit, és ez mennyire nagy, valóban "világrengető" felfedezés-e - azt csak a következő hónapok vagy inkább évek döntik el.
dgy
Szerző: dgy » 2015.04.17. 21:34 
