Az elméletek kísérletek nélkül üresek, a kísérletek elméletek nélkül vakok.
A tavaly augusztusi, gyöngyösi részecskefizikai világkonferencián (ISMD 2023) két szekció is foglalkozott a titokzatos/hipotetikus X17-es részecskével. Krasznahorkay Attila, a debreceni HUN-REN Atommagkutató Intézet magfizikai osztályának vezetője csoportjával évekkel ezelőtt arra figyelt fel, hogy a protonnal bombázott lítium céltárgyba a proton beépül, és a létrejött berillium sugárzása addig nem ismert anomáliát mutat, amelyet azóta „ATOMKI anomáliának” neveznek a szakirodalomban. „Az elektron-pozitron párok anomáliás szögkorrelációinak megfigyelései arra utaltak, hogy létezik egy hipotetikus semleges bozon, amelynek nyugalmi tömege 17 MeV/c2. Ez az úgynevezett X17 részecske”- magyarázta Varró Sándor professzor. A debreceni kutatók tríciumból héliumot, bórból szenet hoztak létre és minden esetben kimutatták az anomális szögeloszlást. Magyarázatként mindegyik esetben azt kellett feltenni, hogy a hipotetikus bozon nyugalmi tömege 17 MeV/c2.
„Matematikai levezetéssel megadtam egy analitikus, zárt, egyszerű formulát erre a tömegre. A publikáció az ISMD 2023 konferencia közleményeiben (https://doi.org/103390/universe10020086) jelent meg” - tudtuk meg Varró Sándortól, aki szerint az ELI ALPS-ban vizsgált folyamatok során használt nem-perturbatív elméleti módszerek egyik szegmense alkalmazható erre a speciális magfizikai jelenségre. A professzor az X17-hez hasonló módon értelmezett egy másik - deuteronnal bombázott rézatommagokkal végzett – kísérletsorozat konklúzióját, ahol az E38-ként emlegetett, 38 MeV/c2 tömegű részecske létezését sejtik. Lényegében ugyanazt a módszert alkalmazta az utóbbi esetben a neutron kvarkjaira, mint az előzőnél a protonra. A számítással levezetett tömeg itt is nagy pontossággal megegyezik a kísérleti értékkel.
Kimondhatjuk, hogy biztosan létezik az X17? - kérdésre a professzor azt felelte, hogy az említett cikkben azt bizonyította be, hogy a protonban és neutronban jelenlévő kvark-foton plazmában olyan transzverzális kvantumok léteznek, amelyeknek a nyugalmi tömege 17 MeV/c2, illetve 38 MeV/c2. Mind a kísérleti eredmények, mind ez az elmélet is azt mutatja, hogy ilyen tömegű részecskék léteznek. Ha nem csak közvetett események alapján következtetnének a létezésére, hanem a szabad térben repülő X17-et is sikerülne megfigyelni, akkor ez megfelelne a szokásos részecskeképnek. Vannak más elképzelések is; egyesek az ötödik erőt közvetítő kvantumokként, mások kvark-antikvark-párokból álló könnyű mezonokként írták le ezeket a hipotetikus részecskéket, tehát igazi természetük még vita tárgya.
Varró Sándor egész pályáját javarészt a multifotonos folyamatok kutatása határozta meg – a József Attila Tudományegyetemen megvédett egyetemi diplomamunkájától MTA doktori disszertációjáig publikációinak mintegy kétharmada ebben a témában született. Az attoszekundumos fizika az egyik fő kutatási területe, ezért hatalmas eredménynek tartja, hogy egy ilyen célokat szolgáló kutatóközpont éppen Szegeden épült meg. Azt mondja, tanulságos megélni, hogy míg négy évtizeddel ezelőtt kevesen tartották izgalmas kérdésnek a magasrendű sokfotonos folyamatokat, később az attofizikát, napjainkban, mondjuk, százszor annyian foglalkoznak világszerte ezzel a tudományterülettel.
A professzor 2014-től dolgozik a központban. Első feladataként az elméleti fizikai csoportot alapította meg. Hogy miért kellenek elméleti fizikusok egy kutatóintézetbe, erre a Nobel-díjas Max Planck, az elemi hatáskvantum felfedezőjének gondolatait idézte: "az elméletek kísérletek nélkül üresek, a kísérletek elméletek nélkül vakok." (Theorien ohne Experimente sind leer, Experimente ohne Theorien sind blind.) Azaz, a két terület nem létezhet a másik nélkül. „Ha egy kísérleti fizikus nem tud értelmezni egy ismeretlen jelenséget, az elméleti fizikusok segíthetnek. Az úttörő kísérletek tervezésénél szintén szükség van az elméletekben jártas szakemberekre, hiszen az előzetes tudás segíthet a csapdahelyzetek kivédésében. Mi megmondhatjuk, hogy bizonyos ötleteket nem kell erőltetni, mert azok kivitelezhetetlenek. Idő és energia spórolható meg az elméleti fizikusok tudásával” - érzékelteti az elméleti fizika jelentőségét a professzor. Az ő csoportja javasolta például a magasrendű felharmonikusok keltése esetében a kvantumzaj mérését. A közreműködésükkel több publikáció született az attoszekundumos impulzusok generálásáról, diagnosztikai módszerek elméletéről, lézer által gerjesztett molekulák állapotainak méréséről. A csoportban funkcionális anyagok – például grafén, stb. - vizsgálatára is kidolgoztak módszereket. Az erős lézerterekben lejátszódó optikai alagúthatásra vonatkozóan is alapvető eredményeket értek el.
Fotók: Balázs Gábor
Szöveg: Ötvös Zoltán