Rieth József: Anyagvilág - Háttérismeret

Megoldódhat a  rejtélye?

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

Egy, a teljes Világegyetemet átható ,,balkezes" mágneses tér felfedezése segíthet egy régi rejtély — az Univerzumból hiányzó antianyag — megoldásában. Az Arizonai Állami Egyetem professzora, Tanmay Vachaspati vezette kutatócsoport a felfedezésről a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society folyóiratban számolt be.

Az FGST égtérképe a kozmikus gamma-sugárzás eloszlásáról (a Tejútrendszerből eredő középső sáv kiszűrésével).

A különböző energiával beérkező sugárzások helyzetét az égbolton eltérő színű (a legnagyobbakat vörös,

a közepeseket zöld, a legkisebb energiájukat kék) pontok jelzik. A mostani felfedezéshez vezető elemzésben

az égbolt egy R sugarú tartományába érkező gamma-sugarak eloszlásában kerestek olyan spirális mintázatokat,

amelyek kapcsolatba hozhatók az általuk átszelt mágneses mezők csavarodásának irányával.

A talált mintázat - a tartomány közepén a legnagyobb energiájú, majd onnan a szél felé haladva egyre

csökkenő energiájú sugarak- a balkezes mezők dominanciáját mutatja. (KÉP: HIROYUKl TASHIRO)

Mindaz, amit közeli vagy távolabbi környezetünkben látunk — a csillagok, a bolygók, a por- és gázfelhők — szinte teljes egészében a számunkra megszokott közönséges, „normális" anyagból épül fel (amelyben például az atommagok töltése pozitív, az elektronoké negatív). Ám tudjuk, hogy ennek tükörképe, az antianyag is létezik, amelynek részecskéi éppen ellentétes előjelű töltésekkel bírnak (például az elektronnal azonos tömegű, de pozitív töltésű pozitron). Elméletileg a Nagy Burnmban anyag és antianyag azonos mennyiségben keletkezett, ma viszont már csak elenyésző mennyiségben található meg a Világegyetemben. Egy 2001-ben közzétett cikkében Vachaspati olyan új elméleti modellt állított fel, amelyben kimutatta, hogy amennyiben a nagyon korai Világegyetemet valamilyen csavarodása (konkrétan balkezes) mágneses tér uralta, abból már levezethető, hogy ez miért vezetett később az anyag túlsúlyához az antianyaggal szemben. Ö és munkatársai azóta keresik e mágneses tér ma is kimutatható nyomait a Világegyetemben, amelyekre most a NASA Fermi Gamma-sugár űrobszervatóriumának (FGST) adataiban sikerült rábukkanniuk.

A 2008-ban pályára állított FGST nagyon távoli forrásokból (kvazárokból) érkező, a röntgensugárzásnál rövidebb hullámhosszú gamma-sugárzás eloszlását vizsgálja az Univerzumban. Ez a sugárzás nagyon érzékenyen reagál azokra a mágneses mezőkre, amelyeken hozzánk vezető többmilliárd évig tartó útja során áthalad: amennyiben ezekben valamelyik csavarodási irány uralkodó jellegű, az a hozzánk elérő gammasugárzás eloszlásában spirális lenyomatot hagy. Vachaspati és munkatársai most pontosan ezt a hatást mutatták ki az FGST adataiban, és nem csupán észlelték ennek jeleit, hanem azt is sikerült megállapítaniuk, hogy bennük a balkezes csavarodás van túlsúlyban. Az eredeti modell szerint, amennyiben a kozmikus mágneses mezők a Nagy Bummot követően abban az időszakban keletkeztek, amikor a Higgs-mechanizmus tömeget adott a részecskéknek, akkor a további fejlődés során a balkezes mágneses terek kerülnek túlsúlyba, míg ha ennél korábbi időszakban, akkor a jobbkezesek. A mostani felfedezés tehát az előbbi változatot erősíti meg, s ettől az elágazási ponttól már egyenes út vezet az anyag mai túlsúlyához az antianyaggal szemben.

---------------------------

Kovács József: Része-e a Higgs-bozon az anyag-antianyag rejtélynek?

Ez a kísérlet közelebb vezethet az anyag-antianyag rejtélyhez. Az LHC 2015-ös újraindítása után tervezett egyik kísérlet eredményeként kiderülhet, a Higgs-bozonnak lehet-e szerepe az univerzumunk anyag-antianyag aszimmetriájának magyarázatában.

Számos kísérletnek, például a BaBar-nak (SLAC National Accelerator Laboratory, Berkeley University) célja az anyag és az antianyag közötti nagyfokú aszimmetria (részleges) magyarázata. A SLAC elméleti szakemberei most azt a kérdést vizsgálták, hogy a Higgs-bozonnak lehet-e szerepe a rejtély megoldásában. Matt Dolan (SLAC Particle Theory Group) és munkatársai azt javasolják, hogy a CERN Nagy Hadronütköztetőjében (Large Hadron Collider, LHC) – amellyel a részecskét is felfedezték – a 2015-ös újraindítást követően a Higgs-bozon olyan speciális bomlásának nyomait keressék majd, amely alapján szerintük el lehet dönteni, hogy az „isteni” részecskének van-e beleszólása az anyag-antianyag aszimmetriába.

A részecskefizikusokat és a kozmológusokat legjobban izgató, ráadásul létezésünk alapjait meghatározó kérdések egyike, hogy a belátható világegyetemben miért van sokkal több anyag, mint antianyag. Az ősrobbanást követően, amikor az éppen megszületett univerzum annyira lehűlt, hogy megindulhatott az anyag legkisebb építőköveinek a kialakulása, a részecske-antirészecske párok többsége szétsugárzódott. Valami azonban felborította az egyensúlyt a galaxisokat, csillagokat, bolygókat és a bennünket alkotó anyag javára – különben nem is létezhetnénk. Mivel a 2012-ben felfedezett Higgs-bozon közvetlenül kötődik az anyaghoz és a tömeghez, plauzibilis kérdés, hogy vajon lehet-e szerepe az anyag-antianyag aszimmetria kialakulásában.

Az illusztráció azt mutatja, hogy két, nagy energiával ütköző proton egy Higgs-bozont kelt, ami viszont azonnal két τ-részecskére bomlik, míg a maradék energia két jet formájában sugárzódik ki. A köztük lévő szög árulkodhat majd arról, hogy a Higgs-bozon vajon CP-sértő vagy sem Az illusztráció azt mutatja, hogy két, nagy energiával ütköző proton egy Higgs-bozont kelt, ami viszont azonnal két τ-részecskére bomlik, míg a maradék energia két jet formájában sugárzódik ki. A köztük lévő szög árulkodhat majd arról, hogy a Higgs-bozon vajon CP-sértő vagy sem Fotó: Csillagászat.hu – Magyar Csillagászati Egyesület

A mérési javaslat az úgynevezett CP-sértésen alapul. A természetben az egyik legegyszerűbb diszkrét szimmetria a paritás (P), ami egy objektumot a tükörképébe visz át és elforgatja a tükör síkjára merőleges tengely körül 180 fokkal, azaz megváltoztatja a három térkoordináta előjelét. Csakúgy mint egy közönséges tükör, P is felcseréli a jobb és bal oldalt. Egy másik diszkrét szimmetria a töltéstükrözés (C). Ez mínusz egyszeresére változtatja a részecskék töltését (és minden egyéb kvantumszámát), és ezáltal felcseréli a részecskéket az antirészecskéikkel. Szemben például a Lorentz-invarianciával, amit minden kölcsönhatásban igaznak hiszünk, a gyenge kölcsönhatás sérti mind a P-, mind a C-szimmetriát, míg az elektromágneses és az erős kölcsönhatás P- és C-szimmetrikus. Ennek a felismerése volt a kulcs a gyenge kölcsönhatás modern elméletének kialakulásához. Az együttes CP-szimmetria is sérül a gyenge kölcsönhatásban, és ennek a jobb megértése elvezethet az elemi részecskéknek és kölcsönhatásaiknak a standard modellnél alapvetőbb megértéséhez.

Dolan szerint a CP-sértés LHC-beli keresése trükkös dolog. A kutatóknak először is azt kell megerősíteniük, hogy a Higgs-bozon illeszkedik a standard modellbe. A CP-sértés szempontjából a standard modellbe illeszkedő Higgs-bozonok kétfélék lehetnek, az egyik fajta a CP-páros, azaz a töltésparitás-invarianciát nem sértő, a másik a CP-páratlan. A legmeggyőzőbb jelzés arra, hogy a Higgs-bozon érintett a CP-sértésben, ha mindkét fajtának a keveréke. Az elméleti szakemberek a Higgs-bozon két τ-részecskére – az elektron nagyobb tömegű rokona – történő bomlásának detektálását javasolják, amelynek során a kiindulási proton-proton ütközés maradék energiája két jet formájában távozik kifelé. A közöttük mérhető szög mutatja meg, hogy létezik-e bármiféle CP-páros/CP-páratlan keverék. Philip Harris (CERN) szerint, aki a CP-sértési kísérletet tervezi az LHC-ben, a Higgs-bozon → τ+ + τ- bomlás a legjobb módja ennek, és nagyon reméli, hogy néhány hónap múlva már releváns kijelentéseket tehetnek a Higgs-bozon és a CP-sértés kapcsolatáról.

Az eredményeket részletező szakcikk a Physical Review D című folyóiratban jelent meg.

TartalomjegyzékhezVilágképem <  Anyag-időszak     

-------------------------

http://mno.hu/vilagur/resze-e-a-higgs-bozon-az-anyag-antianyag-rejtelynek-1266163?utm_source=hirlevel&utm_medium=email&utm_campaign=hirlevel_20150105 

2015. január 5., hétfő 20:43 , forrás: Csillagászat.hu – Magyar Csillagászati Egyesület, szerző: Kovács József

(RAS) Élet és Tudomány ■ 2015/22 ■ 699