48 éve tartó óriási nemzetközi versenyben négy magyar és egy svéd kutatónak sikerült először döntő bizonyítékot találnia egy rendkívül tünékeny részecske, az Odderon létezésére.

Az eredményből számos hasonló, összetett részecske létezése is következik. Így az Odderon felfedezése új fejezetet nyithat az erős kölcsönhatás vizsgálatában. A Wigner Fizikai Kutatóközpont, a MATE Műszaki Intézet, a svédországi Lundi Egyetem és az Eötvös Loránd Tudományegyetem kutatói szerint az eredmény azért is különösen jelentős, mert ez az első teljesen meglepetésszerű, váratlan felfedezés a CERN LHC méréseiben.

Csörgő Tamás fizikus, az Európai Akadémia tagja, a Wigner Fizikai Kutatóközpont tudományos tanácsadója és a Magyar Agrár- és Élettudományi Egyetem Műszaki Intézetének kutatóprofesszora, a magyar kutatócsoport vezetője azt mondja, hogy mindez új fejezetet nyithat az erős kölcsönhatás vizsgálatában.

„Az Odderon felfedezése fontos mérföldkő az erős kölcsönhatás mély titkainak megértésében” – nyilatkozta Roman Pasechnik, a Lundi Egyetem Csillagászati és Elméleti Fizikai Tanszékének docense.

Az Odderon létezését 1973-ban javasolta először L. Lukaszuk és B. Niculescu. Az Odderon részecske felfedezésére, mérési adatokból történő biztonságos kimutatására azonban napjainkig, 2021-ig, 48 évet kellett várni. Az Odderon megtalálásáért folyó óriási nemzetközi versenyben végül a magyar-svéd kutatócsoport szakmai közleménye találta meg először az Odderon létezésének egyértelmű jelét kísérleti adatokban. Ők a kísérletek által már korábban közölt mérési adatokat rostálták át, elemezték újra, egy új, innovatív, a magyar kutatók által kitalált módszerrel: így érhettek célba elsőként.

Új adatok segítségével a CERN LHC TOTEM kísérlete és az amerikai Tevatron gyorsító D0 kísérlete közös, 463 szerzős kéziratában megerősítette az Odderon felfedezését, óriási anyagi és emberi erőforrások mozgósításával.

„Az alapvető kutatások célja nem a közvetlen gyakorlati haszon elérése, hanem a minket körülvevő világ mélyebb megértése, és új összefüggések feltárása. Ezek az eredmények lezárnak egy 48 éve nyitott tudományos kérdést. Egy új és pici, de számottevő különbséget jelentenek az anyag és az antianyag kölcsönhatásában, a részecskefizika egyébként ismert keretei között” – mondta Novák Tamás, a MATE Műszaki Intézet egyetemi docense.

A modern fizika szerint minden kölcsönhatásért egy-egy részecske cseréje felelős. A jól ismert elektromosság és mágnesesség például a fény részecskék, a fotonok cseréjével írható le. „Az Odderon cseréje miatt a rugalmas proton-proton és a proton-antiproton ütközések között kis különbség mérhető ki, amit most sikerült először a felfedezés szakmai kritériumainak megfelelő bizonyossággal számszerűsíteni” – mondta Ster András, a Wigner Fizikai Kutatóközpont fizikusa.

A rugalmas ütközésekben megmarad az energia és a résztvevők sem változnak meg, de lendületet, impulzust cserélnek.

Éppen úgy, mint amikor Péter elad egy autót Pálnak: a pénz és az autó is gazdát cserél. Ha azonban Péter autóját Anti Pál veszi meg, hitelre, akkor Anti Pálnak nem csak az autó árát kell majd visszafizetnie, hanem a kölcsön kamatát is meg kell adnia a hitelezőjének. Péter mindkét esetben ugyanannyi pénzt kap, Pál vagy Anti Pál ugyanazt a kocsit kapja meg. De mégis van egy aszimmetria a két csere között: ez a hitel kamata. Ebben a hasonlatban Péter és Pál protonokat, Anti Pál pedig antiprotont jelképez, a pénz az energiának, az autó a lendületnek, a kamat pedig az Odderonnak felel meg. Odderon nélkül az azonos energiájú rugalmas proton-proton és proton-antiproton ütközések folyamata az LHC óriási, TeV-es energia skáláján azonos lenne. Az Odderon létezése tehát sérti világunk egyik részecskefizikai szimmetriáját.

„Fényből nem lehet anyagot, kötött állapotokat, kicsi fénykarikákat létrehozni. Az erős kölcsönhatást közvetítő részecskékből, a gluonokból viszont lehet. Eredményünk szerint nem csak páros, de páratlan számú gluon is kapcsolódhat egymáshoz. Kicsi, helyileg színes, de globálisan szín semleges, fehér karikákat lehet belőlük létrehozni. Magyarországról, és nem csak Budapestről, hanem vidékről, a vidéki Magyarországról és Kárpátaljáról is. Ehhez legalább három, páratlan számú gluonra van szükség” – mondta Szanyi István, a kárpátaljai születésű ELTE-s doktorandusz, az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont fiatal kutatója.

Végül, de nem utolsó sorban hangsúlyozzuk az amerikai FNAL Tevatron gyorsítójának D0 kísérletével, és a CERN LHC gyorsítójának TOTEM kísérletével való tudományos együttműködést, partnerséget. Ebből a szempontból is fontos és lényeges, hogy a fő eredmény, az Odderon szakmai kritériumoknak megfelelő bizonyossággal történő kísérleti adatokból történt kimutatása közös mindkét tudományos közleményben.

Valóban, úgy tűnik, hogy új fejezet nyílt meg az erős kölcsönhatás vizsgálatában, az Odderon több különböző közleményben történt, közel egyidejű, egy éven belüli kimutatásával.

Az Odderon felfedezéséből számos új típusú, eddig még meg nem figyelt erősen kölcsönható részecske, icipici színes karika létezése következik. Ennek az a jelentősége, hogy az eddig megfigyelt erősen kölcsönható részecskék nem gluonokból, hanem kvarkokból és antikvarkokból épülnek fel. Az Odderon viszont nem tartalmaz sem kvarkokat, sem antikvarkokat: csupán színes gluonokból, ragasztórészecskékből áll.

A jelenséget az atommagokat összetartó úgynevezett erős kölcsönhatás elmélete, a kvantumszíndinamika segítségével értelmezhetjük.

Világunk anyagát atomok és atomokból felépülő molekulák alkotják. Az atomok nagyon pici, szabad szemmel nem látható, összetett szerkezetek. Negatívan töltött elektronok vesznek körül egy pozitívan töltött, néhány femtométer nagyságú, pozitívan töltött atommagot. Az atommagokban pozitív töltésű proton és elektromosan semleges neutron részecskék ragadnak össze az erős kölcsönhatás segítségével. Azért erős, mert le tudja győzni a pozitív töltésű protonok elektromos taszítását is.

A kvantumszíndinamika szerint valamennyi megfigyelhető erősen kölcsönható részecske összetett, fehér színű kombináció, amely színes kvarkokból, antiszínes antikvarkokból és a színek kicserélődését közvetítő „ragasztó részecskékből”, azaz szakszóval gluonokból áll. A kvantum-szín szemmel láthatatlan, de hasonló tulajdonsága van a látható színekhez. A fehér színt például a piros, zöld és kék színek kombinációival lehet kikeverni, hasonlóan a protonokat például piros, zöld és kék kvantum-színű kvarkok kötött állapotaként értelmezhetjük. A gluonon a szín kölcsönhatást közvetítik, a kvarkok egyik színét másik színre cserélik ki, tehát antiszín-szín kombinációk. Három gluon összesen három színt és három antiszínt tartalmazó kombinációja az illusztráció szerinti, helyileg színes, de globálisan szín semleges, fehér azaz megfigyelhető gluon karikát alkothat.

Az Odderont felfedező és a cikket jegyző kutatók:

• Csörgő Tamás, fizikus, az Európai Akadémia tagja
  (ELKH Wigner FK, Budapest, CERN, Genf, Svájc és
  MATE Műszaki Intézet, Károly Róbert Campus, Gyöngyös)
• Novák Tamás, matematikus, fizikus PhD
  (MATE Műszaki Intézet, Károly Róbert Campus, Gyöngyös)
• Pasechnik, Roman, fizikus, PhD
  (Lundi Egyetem, Lund, Svédország)
• Ster András, fizikus
  (ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont, Budapest)
• Szanyi István, fizikus
  (ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont és Eötvös Loránd Tudományegyetem, Budapest)