Néha a legjobb felfedezések azok, amiket nem is kerestünk

Ismered azt az érzést, amikor tejért indulsz a boltba, és tele kosárral jössz haza valami váratlan kincsekkel? Nos, a Thomas Jefferson Nemzeti Gyorsító Létesítmény fizikusai épp most élték át a részecskefizika megfelelőjét ennek.

A tudósok eredetileg egy különleges részecskét, az Y(2175)-öst akarták megtalálni – ez a titokzatos valami 2006 óta foglalkoztatja a kutatókat. Ehelyett azonban két új struktúrát fedeztek fel, amire senki nem számított. És őszintén? Lehet, hogy ez még izgalmasabb, mint amit eredetileg kerestek.

„Fotonsugárral kerestünk egy igazolt XYZ-jelöltet, de helyette két másik struktúrát találtunk" – mondta Malte Albrecht, a Jefferson Lab munkatársa. „Ez új információ."

Most nem tudom, neked hogy van ezzel, de a fizikában az „új információ" általában azt jelenti, hogy épp feltártunk egy ajtót valami csodálatoshoz.

De mik azok egyáltalán az XYZ-állapotok?

Itt kezdődik az igazi furcsaság. Valószínűleg emlékszel a középiskolából, hogy az atomok protonokból, neutronokból és elektronokból állnak. A protonok és neutronok pedig még kisebb részecskékből, a kvarkokból épülnek fel. Eddig egyszerű, ugye?

Na de most kapaszkodj meg, mert az univerzum úgy döntött, hogy ez bonyolultabb lesz.

Vannak részecskék, amelyek egyszerűen nem illenek abba a képbe, amit eddig megértettünk. Ezek az XYZ-állapotok – egy egész családja a szubatomi részecskéknek, amelyek mintha a saját szabályaik szerint működnének. Nem a megszokott kvark-antikvark párok (az úgynevezett mezonok). Még csak nem is a standard három-kvark kombinációk (mint a protonok és neutronok). Úgy tűnik, valami egészen másról van szó.

Lehet, hogy „hibrid" részecskék, gerjesztett gluonokkal (ezek azok a részecskék, amelyek összetartják a kvarkokat). Lehet, hogy „tetrakvarkok" – négy-kvarkos konfigurációk, amik úgy hangzanak, mint valami a sci-fiből. Vagy lehet, hogy valami olyasmi, amit még el sem tudunk képzelni.

„Egyik kollégám úgy hasonlította ehhez, mint az 1950-es évekre" – mondta Frank Nerling, a projektben dolgozó fizikus. „Akkor a kutatók hirtelen felfedeztek egy egész 'állatkertnyi' részecskét. Most hasonlót látunk – egy egész állatkertnyi экзотических állapotot."

Az Y(2175) rejtélye

Beszéljünk egy kicsit az Y(2175)-ösről. A SLAC BaBar kísérlete észlelte először 2006-ban, és azóta is fejtörést okoz a tudósoknak.

Mi olyan furcsa benne? Először is, a „strangeonium" régióban él – vagyis olyan részecskék környékén, amelyek furcsa kvarkokat tartalmaznak. De az Y(2175) kicsit... furcsán viselkedik. A kvantumtulajdonságai nem egyeznek azzal, amit egy normális kvark-antikvark párból várnánk.

A nehézség ott van, hogy eddig minden alkalommal ugyanazt a módszert használták a megtalálásához: elektronokat és pozitronokat (azok antianyag párjait) ütköztették. Olyan ez, mintha csak egy bizonyos erdőben keresnéd a madarakat – elkezded magad kérdezni, hogy vajon mi mást nem veszel észre.

Ezt változtatta meg a Jefferson Lab GlueX kísérlete.

Egy másik perspektíva

És itt jön a lényeg: a kutatók egy fotonsugarat használtak, ami egy protoncélt talált el. Összehasonlításként: korábban az Y(2175) észlelésének egyetlen módja az elektron-pozitron ütköztetés volt.

Gondolj így: eddig csak napfényes mezőkön találtál négylevelű lóherét. Aztán valaki úgy dönt, megnézi az árnyékos erdei talajt is, és nemcsak több négylevelű lóherét talál, hanem két teljesen új típusú lóherét, amiről senki nem tudott.

Gyakorlatilag ez történt itt.

„Új korszakban vagyunk" – mondta Nerling. És igaza van – miután évtizedekig a Standard Modell viszonylag egyértelmű válaszokat adott a részecskék viselkedésére, most hirtelen olyan экзотических részecskékkel vagyunk körülvéve, amelyek nem akarnak beleférni a rendezett kategóriáinkba.

Miért lenne ez fontos neked?

Jogos kérdés. A legtöbben nem vagyunk részecskefizikusok, és az esélye annak, hogy ez közvetlenül befolyásolja a keddjeidet, meglehetősen csekély.

De azért van jelentősége: alapvetően többet tudunk meg arról, hogyan működik a valóság a legmélyebb szintjén. Az erős nukleáris kölcsönhatás – a természet négy alapvető erejének egyike – tartja össze a kvarkokat, hogy minden létrejöjjön, amit látunk. Ezek a экзотических XYZ-állapotok lényegében az erős kölcsönhatás „mutatványai", olyan struktúrákat hozva létre, amikre nem számítottunk.

Minden alkalommal, amikor felfedezünk valamit, ami挑战 our models, fel kell tennünk a kérdést: Talán a megértésünk hiányos? Vagy az univerzum kreatívabb, mint gondoltuk?

Eredmények alapján? Én az univerzum kreativitására fogadnék.

A vadászat folytatódik

Szóval mi a következő lépés? A kutatóknak meg kell erősíteniük ezt a két új struktúrát, és ki kell deríteniük, pontosan mik is ezek. Hibridek? Tetrakvarkok? Vagy valami egészen más?

A jó hír az, hogy több detektálási módszer is rendelkezésre áll (fotonsugarak és elektron-pozitron ütköztetések), ami azt jelenti, hogy a tudósok össze tudják hasonlítani az eredményeket és teljesebb képet kaphatnak. Olyan ez, mintha több tanúnk is lenne ugyanarról a rejtélyes eseményről – minél több perspektíva, annál világosabb a történet.

És őszintén? Imádvány, hogy ezek a fizikusok véletlenül valami váratlanra bukkantak. A tudomány ritkán halad egyenes vonalban a kérdéstől a válaszig. A legjobb felfedezések gyakran abból születnek, hogy nyitott szemmel figyeljük, amikor az univerzum meglep minket.

Malte Albrecht tökéletesen megfogalmazta: „Ez új információ."

Új információ, valóban. És egy olyan területen, ahol folyamatosan emlékeztetnek minket arra, mennyi mindent nem értünk még, ez elég nagyszerű kiindulópontnak tűnik.

Forrás: ScienceDaily