Magyar fizikusok elmélete forgathatja fel a fizika világát

A sötét fotonra utaló jeleket figyelhettek meg egy debreceni laboratóriumban, az elméletet most amerikai kutatókból álló csoport igazolhatja. A magyar fizikusok anomáliát tapasztaltak egy kísérlet során, ez vezetett ahhoz a feltételezéshez, hogy egy korábban nem ismert alapvető kölcsönhatást fedeztek fel.

Krasznahorkay Attila, az MTA Atommagkutató Intézetének főosztályvezetője és kutatócsoportja a felfedezést 2015-ben publikálta az arXiv-en, majd idén januárban a Physical Review Lettersben. A tanulmányra felfigyelt egy amerikai kutatócsoport is, akik szintén az arXiv-on tettek közzé egy tanulmányt, hogy ők mit szűrtek le a debreceni kísérletből.

A magyar fizikusok egy Debrecenben épített elektron-pozitron spektrométerrel vizsgálták a nagyenergiás atommagátmenetekben keletkező elektron-pozitron párok szögkorrelációját. A kísérletek alatt egy olyan eltérést tapasztaltak, amelyet a jelenlegi magfizikai ismeretek alapján nem lehet értelmezni.

A megfigyelés ugyanakkor összhangban van egy új, kis tömegű semleges részecske feltételezésével, aminek a tulajdonságai egyeznek az elméletileg várható sötét fotonéval. Éppen ezért cikkükben az új részecskét a sötét kölcsönhatás közvetítő részecskéjeként, a sötét fotonként értelmezték, magyarázta az Indexnek Krasznahorkay Attila.

A Physical Review Lettersben megjelent cikk bírálói a felfedezés súlya miatt nagyon gondos munkát végeztek, a magyaroknak sok kérdésre kellett még válaszolniuk a publikáció előtt. A januárban megjelent cikk aztán felkeltette az amerikai elméleti fizikusok egyik csoportjának az érdeklődését, köztük Jonathan Fengét, a University of California kutatójáét. Egy nemrég közölt munkájukban a megfigyelt részecskéket ők az eddig ismert gravitációs, elektromágneses, erős és gyenge kölcsönhatás után egy ötödik erő közvetítő részecskéjeként értelmezték. 

Fejest a sötétbe

Csillagászati megfigyelésekből tudjuk, hogy a világegyetemben jóval több az olyan anyagi részecske, amelyet nem sikerült felfedezni, ez a rejtélyes sötét anyag. A sötét anyagnak jelenleg csak a gravitációs, vonzó hatását ismerjük.

A sötét anyagra vonatkozó korábbi elméletekben központi szerepet játszottak a gyengén kölcsönható nagy tömegű részecskék, a WIMP-ek. Ezek kimutatására rengeteg kísérlet volt, de eddig nem jártak sikerrel, így a kutatások élvonala a kisebb tömegek irányába tolódott el. Jelenleg már nagy mennyiségű elméleti előrejelzés áll rendelkezésünkre ezen kisebb tömegű részecskékre is. A részecske tömegét azonban ezek csak gyengén korlátozzák, ezért a kísérleti vizsgálatokat egy nagyon széles energiatartományban kezdték el.

A sötét anyag részecskéi közötti kölcsönhatás leírására vezették be – az elektromágneses kölcsönhatás közvetítő részecskéjének az analógiájára – az úgynevezett sötét fotont, aminek a keresése az utóbbi években egyre nagyobb erőkkel folyik. Az elmélet szerint a sötét foton gyengén ugyan, de kölcsönhatásban áll a látható világunkkal is. Lehetséges-e, hogy a fenti kapcsolatot megteremtő részecske tömege elegendően kicsi ahhoz, hogy atommagátmenetekben is előállíthassuk? Jelenleg ezt a lehetőséget sem kísérleti adatok, sem elméleti becslések nem zárják ki. Ez volt az indítéka annak, hogy a debreceni kutatók az Atomkiban, Krasznahorkay Attila vezetésével, kutatási programot indítottak a fenti részecske keresésére.

Sok mindent átírhat

Krasznahorkay szerint  felfedezésük egy eddig ismeretlen, új kölcsönhatás közvetítő részecskéjének a megfigyelése, amely általánosan fogalmazva egy ötödik kölcsönhatás megfigyelése. További vizsgálatokat igényel annak az eldöntése, hogy ez a részecske valóban a sötét anyag részecskéi közötti kölcsönhatást közvetíti-e.

Miután Feng és csapata publikálta saját tanulmányát, amely a magyar kutatók tanulmányán alapul, felbolydultak a terület szakértői. Bár sokan szkeptikusak, mindenki nagyon izgatott az elmélet miatt. Ezt már Bogdan Wojtsekhowski, a Thomas Jefferson Laboratórium fizikusa állítja. Olyannyira, hogy a sötét foton keresését különböző külföldi laboratóriumokban már el is kezdték. Például a Thomas Jefferson Laboratórium (USA), Frascati, (Olaszország), Novoszibirszk (Oroszország), CERN (Svájc), hogy csak a legnagyobbakat említsük.

Ugyanakkor hónapokba vagy évekbe kerülhet, amíg ezek új, a magyar kutatók megfigyelését megerősítő vagy cáfoló kísérleti adatot szolgáltatnak. Ha megerősítenék, annak óriási jelentősége lenne.