SG.hu·
Kísérteties látogatók a Tevatronban
Rejtélyes "kísértet-részecskék" jelentek meg egy amerikai nagy energiájú fizikai kísérletben. A bloggerek és a teoristák már megkezdték elméleteik felsorakoztatását a részecskékről, hipotetikus húrokról és persze a hagyományos fizika módosításairól.
A felfedezés annyira ellentmondásos, hogy a kísérleten dolgozó és a jelenséget elemző 600 fő közel egyharmada nem volt hajlandó a nevét adni az esetről készült 69 oldalas tanulmányhoz, ami az arXiv szerveren tűnt fel október 29-én. Bármi volt is, ami a kísérlet során megjelent, hatása nagyjából 100 000 eseményen volt látható - ami már bőven elég, hogy ne pusztán egy statisztikai véletlenként értékeljék. A részecskefizikai kísérletekben időnként felfedezhetők furcsa jelek az adathalmazokban, az azonban ritka, hogy egy hatás elég hosszan fennmaradjon ahhoz, hogy a teljes együttműködés publikálja.
A kísérteties látogatók a Fermilab Ütközés Detektorában (CDF), a Tevatron két háznagyságú kísérletének egyikében jelentek meg. A Tevatron egy proton-antiproton ütköztető a Fermi Nemzeti Gyorsító Laboratórium területén az illinoisi Bataviában. Az ütközések egy másfél centiméter széles sugárcsőben zajlanak, a létrejövő részecskéket a detektorok rétegei észlelik.
A Tevatron 6,3 km-es gyűrűje 1983-ban épült
A CDF-t egzotikus, a természetben ritkán fellelhető nagy tömegű részecskék észlelésére tervezték. Akárcsak a legtöbb nagy energiájú fizikai kísérlet, a CDF sem közvetlenül detektálja ezeket a részecskéket, hanem bomlásuk bizonyítékát keresi az ütközések melléktermékeiként létrejövő könnyebb részecskék záporában. Az ütközések eredményeként a gép közepéből kifelé záporozó könnyű részecskék pályájának és típusainak precíz mérésével a CDF fizikusai kikövetkeztetik, melyik nehezebb részecske ütközéséből keletkeztek. Az egész eljárás egy pontos egyenletsorozatnak, a részecskefizika standard modelljének köszönheti működését, ami a kvantumvilág matematikai leírása. A standard modell teszi lehetővé a fizikusok számára, hogy kiszámítsák, mi zajlik a CDF közepében, mindezt megdöbbentő pontossággal.
A CDF fizikusai ezúttal azonban nem a pontosságtól, hanem a detektorban észlelt müon-többlettől döbbentek meg, illetve attól, hogy a müonok egy része látszólag a sugárcsövön kívül jött létre, mivel nem hagytak nyomot a detektor legbelső rétegeiben. A müonok az elektronok nehezebb rokonai, a részecskeütközések egyik leggyakoribb melléktermékei. A CDF adatainak egyik értékelése szerint a "vártnál jóval nagyobb" számú bomlást észleltek, ami müon-többletet eredményez. "1992 óta dolgozom a CDF-ben, ilyen különös dolgot azonban még soha nem tapasztaltam" - mondta a kísérletben közreműködő Tommaso Dorigo, az olasz Padovai Egyetem fizikusa. "Meg kell próbálnunk megérteni mi is történt."
"Nem áll össze a kép"- mondta Jacobo Konigsberg, a Florida Egyetem fizikusa, a CDF szóvivője. Konigsberg elmondása szerint hónapokon át küzdöttek a jelenség megmagyarázásával, végül azonban úgy érezték, jobb ha közzéteszik adataikat, hogy mások is bekapcsolódhassanak a Fermilab falain belül zajló vitákba. "Nem lett volna helyes, ha tovább ülünk az adatokon" - tette hozzá.
Az elméleti szakemberek több elképzeléssel is előálltak a müon-többletről az eltelt közel két hét alatt. Az egyik lehetőség, hogy egy nehezebb, még felfedezésre váró részecske bomlásából származnak, ami talán a sötét anyaggal lehet kapcsolatban. Az elméletek szerint a számunkra jelenleg láthatatlan sötét anyag teszi ki a világegyetem anyagának megközelítőleg 85 százalékát. Egy másik verzió a húrelmélet hétdimenziós membránjait citálja elő, olyan elméleti felületeket, melyeket egzotikus részecskék népesítenek be. Ezek a magasabb dimenziójú membránok kölcsönhatás közvetítő részecskéknek, mértékbozonoknak adhatnak otthont, melyek gyenge kölcsönhatásba lépnek háromdimenziós világunkkal és egy halvány, de kimutatható jelet hoznak létre az adatokban.
Adam Falkowski, a CERN elméleti fizikusa szerint a magyarázatok hagynak némi kívánnivalót maguk után és figyelmeztet, hogy ne próbálják minden áron adott elméletekbe beleerőszakolni az adatokat.
Sokan kétségbe vonják, hogy a CDF kísérlet tényleg valami újat mutatott fel. Dorigo megjegyzi, hogy a Tevatron ütközéseiből születő részecskezáporok gyakran zavarosak és bonyolult az értelmezésük. Bár a CDF együttműködés már mindent elkövetett a szisztematikus hibák eltávolítására a kísérletből, a jelet magyarázhatja egy ismeretlen bomlási lánc is, vagy lehetnek akár egyéb részecskék, amik müonoknak álcázzák magukat. "Szeretnék több ilyet látni, mielőtt elhiszem" - mondta, amivel Konigsberg is egyetért. "Lehet, hogy a végén kiderül, hogy valami teljesen kézenfekvő zajlott le a kísérletben" - int óvatosságra Konigsberg, remélve hogy más kísérletek, köztük a Fermilab D0 detektora és a CERN Nagy Hadron Ütköztetője (LHC) képesek lesznek újraalkotni a jelenséget.
A felfedezés annyira ellentmondásos, hogy a kísérleten dolgozó és a jelenséget elemző 600 fő közel egyharmada nem volt hajlandó a nevét adni az esetről készült 69 oldalas tanulmányhoz, ami az arXiv szerveren tűnt fel október 29-én. Bármi volt is, ami a kísérlet során megjelent, hatása nagyjából 100 000 eseményen volt látható - ami már bőven elég, hogy ne pusztán egy statisztikai véletlenként értékeljék. A részecskefizikai kísérletekben időnként felfedezhetők furcsa jelek az adathalmazokban, az azonban ritka, hogy egy hatás elég hosszan fennmaradjon ahhoz, hogy a teljes együttműködés publikálja.
A kísérteties látogatók a Fermilab Ütközés Detektorában (CDF), a Tevatron két háznagyságú kísérletének egyikében jelentek meg. A Tevatron egy proton-antiproton ütköztető a Fermi Nemzeti Gyorsító Laboratórium területén az illinoisi Bataviában. Az ütközések egy másfél centiméter széles sugárcsőben zajlanak, a létrejövő részecskéket a detektorok rétegei észlelik.
A Tevatron 6,3 km-es gyűrűje 1983-ban épült
A CDF-t egzotikus, a természetben ritkán fellelhető nagy tömegű részecskék észlelésére tervezték. Akárcsak a legtöbb nagy energiájú fizikai kísérlet, a CDF sem közvetlenül detektálja ezeket a részecskéket, hanem bomlásuk bizonyítékát keresi az ütközések melléktermékeiként létrejövő könnyebb részecskék záporában. Az ütközések eredményeként a gép közepéből kifelé záporozó könnyű részecskék pályájának és típusainak precíz mérésével a CDF fizikusai kikövetkeztetik, melyik nehezebb részecske ütközéséből keletkeztek. Az egész eljárás egy pontos egyenletsorozatnak, a részecskefizika standard modelljének köszönheti működését, ami a kvantumvilág matematikai leírása. A standard modell teszi lehetővé a fizikusok számára, hogy kiszámítsák, mi zajlik a CDF közepében, mindezt megdöbbentő pontossággal.
A CDF fizikusai ezúttal azonban nem a pontosságtól, hanem a detektorban észlelt müon-többlettől döbbentek meg, illetve attól, hogy a müonok egy része látszólag a sugárcsövön kívül jött létre, mivel nem hagytak nyomot a detektor legbelső rétegeiben. A müonok az elektronok nehezebb rokonai, a részecskeütközések egyik leggyakoribb melléktermékei. A CDF adatainak egyik értékelése szerint a "vártnál jóval nagyobb" számú bomlást észleltek, ami müon-többletet eredményez. "1992 óta dolgozom a CDF-ben, ilyen különös dolgot azonban még soha nem tapasztaltam" - mondta a kísérletben közreműködő Tommaso Dorigo, az olasz Padovai Egyetem fizikusa. "Meg kell próbálnunk megérteni mi is történt."
"Nem áll össze a kép"- mondta Jacobo Konigsberg, a Florida Egyetem fizikusa, a CDF szóvivője. Konigsberg elmondása szerint hónapokon át küzdöttek a jelenség megmagyarázásával, végül azonban úgy érezték, jobb ha közzéteszik adataikat, hogy mások is bekapcsolódhassanak a Fermilab falain belül zajló vitákba. "Nem lett volna helyes, ha tovább ülünk az adatokon" - tette hozzá.
Az elméleti szakemberek több elképzeléssel is előálltak a müon-többletről az eltelt közel két hét alatt. Az egyik lehetőség, hogy egy nehezebb, még felfedezésre váró részecske bomlásából származnak, ami talán a sötét anyaggal lehet kapcsolatban. Az elméletek szerint a számunkra jelenleg láthatatlan sötét anyag teszi ki a világegyetem anyagának megközelítőleg 85 százalékát. Egy másik verzió a húrelmélet hétdimenziós membránjait citálja elő, olyan elméleti felületeket, melyeket egzotikus részecskék népesítenek be. Ezek a magasabb dimenziójú membránok kölcsönhatás közvetítő részecskéknek, mértékbozonoknak adhatnak otthont, melyek gyenge kölcsönhatásba lépnek háromdimenziós világunkkal és egy halvány, de kimutatható jelet hoznak létre az adatokban.
Adam Falkowski, a CERN elméleti fizikusa szerint a magyarázatok hagynak némi kívánnivalót maguk után és figyelmeztet, hogy ne próbálják minden áron adott elméletekbe beleerőszakolni az adatokat.
Sokan kétségbe vonják, hogy a CDF kísérlet tényleg valami újat mutatott fel. Dorigo megjegyzi, hogy a Tevatron ütközéseiből születő részecskezáporok gyakran zavarosak és bonyolult az értelmezésük. Bár a CDF együttműködés már mindent elkövetett a szisztematikus hibák eltávolítására a kísérletből, a jelet magyarázhatja egy ismeretlen bomlási lánc is, vagy lehetnek akár egyéb részecskék, amik müonoknak álcázzák magukat. "Szeretnék több ilyet látni, mielőtt elhiszem" - mondta, amivel Konigsberg is egyetért. "Lehet, hogy a végén kiderül, hogy valami teljesen kézenfekvő zajlott le a kísérletben" - int óvatosságra Konigsberg, remélve hogy más kísérletek, köztük a Fermilab D0 detektora és a CERN Nagy Hadron Ütköztetője (LHC) képesek lesznek újraalkotni a jelenséget.
