A bolygók és az űrutazás Divat Kígyók Kutyák Mi MICSODA Junior - Felfedezőúton a természetben Mi MICSODA Junior - Bálnák és delfinek Mi MICSODA Junior - Az ókori Egyiptom
Azonosító:
Jelszó:
Emlékezz rám!
Elfelejtetted a jelszavadat?

Itt bepillanthatsz
a Mi MICSODA filmekbe:

Get Flash to see this player.

Az úgynevezett „isteni részecske”: a Higgs-bozon

2012. július 11., 14:45
 

"Soha nem gondoltam, hogy ez még az én életemben megtörténik" – osztotta meg örömét a 82 éves Peter Higgs fizikus, amikor az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) genfi ülésén bejelentették, hogy nem tévedett: létezik, bemérhető az általa ötven évvel ezelőtt feltételezett részecske. És bár ez nem volt teljesen váratlan esemény, hiszen a közelmúltban egyre több jele is volt a sikernek, 2012. július 4. mégis mérföldkő az univerzum kutatásában. Megtalálták azt az utolsó, hiányzó részecskét, amely igazolja a világegyetem működéséről alkotott modell helytálló voltát: bonyolult és nagy energiájú ütköztetések során be tudták mérni a Higgs-bozont.


 
Nem csodálkoznék, ha a látvány alapján sokan a Tudomány Temploma névvel illetnék a genfi kutatóintézet egyik detektorának képét.
Mi az, hogy „bozon”?
A tudomány jelenlegi állása szerint az univerzum úgy épül fel, hogy abban mindenütt létezik egy általános kvantum-mező (ezt szintén Higgsről, mint első leírójáról nevezték el – tehát ez a Higgs-tér), amely inkább folyadékként viselkedik, és kevésbé gázként. Ez az „ősleves” tartalmazza az anyag legkisebb építőköveit, a kvarkokat. Az ősrobbanás utáni, néhány milliomod másodpercben valószínűleg egy speciális anyag töltötte ki az épp létrejött univerzumot: a később atommá szerveződő protonok és neutronok építőelemei, a kvarkok egy egészen rövid ideig szabad állapotban létezhettek. Ezt az ősi "kvarklevest" próbálják meg kísérleti úton létrehozni a részecskegyorsítókban. A kutatók 2005-ben tették közzé azokat az eredményeket, amelyek bizonyították, hogy a mai őslevesben létező kvarkok ideális folyadékot képeznek, amelyben nagyon kicsi a súrlódás, s a folyadékrészecskék közt erős a kölcsönhatás, ezért gyorsan termikus egyensúlyba kerülnek. A részecskék mozgása egy halrajéra emlékeztet, amelyben a „halak” egyetlen, laza egységként változtatnak irányt, amikor környezetük változásaihoz alkalmazkodnak. Ez teszi lehetővé, hogy az univerzumban lévő összetevőknek egyáltalán lehessen tömegük, hiszen a tömeg kizárólag a közeg és a részek kölcsönhatásából jöhet létre. Ennyit lehetett tudni tehát eddig a háttérről, mint a részecskék tömegét biztosító közegről. A másik oldalról nézve, az abban „működő” anyagok elemi részecskéiről pedig azt, hogy azokat az atomszerkezet tartja egyensúlyban, a benne lévő nukleonokkal, vagyis a pozitív töltésű protonokkal és a negatív neutronokkal. A részecskegyorsítók révén – ahol a protonok mesterséges felgyorsításával idézik elő a maghasadást és az univerzumban véletlenszerűem működő folyamatokat – már egyre mélyebben lehetett belelátni maguknak a részecskéknek a működésébe. Csak egyetlen dolog hiányzott: az a közvetítő állapotot hordozó részecske (gyakorlatilag egy hullám-fázis) nem volt meg, amelynek pedig elméletileg kell léteznie ahhoz, hogy a további részecskék kapcsolatba kerüljenek az univerzális Higgs-térrel, és így meg lehessen magyarázni, hogy azoknak mitől van tömegük. Ezt a közvetítő részecskét nevezte el 1962-ben a fizikus bozonnak, mindjárt hozzá is téve az „isteni” jelzőt, hiszen ha valóban létezik, akkor ez mindenben megfelel az ember Istenről alkotott képzetének: mindenható is, egyetlen is, és minden mögött ott áll. Ha nem létezne, a világegyetem minden egyes részecskéje tömeg nélkül, szabadon száguldana az űrben, fénysebességgel, és sosem volna képes semmiféle égitestté összeállni. Mivel azonban több évtizeden át mégsem találták, olykor már istenverte bozonként is emlegették. Az „isteni” név tehát képletes elnevezés, és annak ellenére az is marad, hogy a bozon megtalálásának hírére sokan azt hitték: istenbizonyítékra talált rá a tudomány. Ez nyilvánvalóan tévedés, hiszen az anyag egy részéről van szó, és nem szellemi megjelenésről.

A részecskéket rádiófrekvenciás térrel gyorsítják. A proton-nyaláb átlagos esetben 2808 csomagból áll, egy-egy csomagban pedig körülbelül 100 milliárd proton van. A csomagok másodpercenként átlagosan 30 milliószor ütköznek, s minden ütközésben részecskék sokasága keletkezik. Itt megnézheted, hogyan zajlott a Higgs-bozon keresése a CERN-ben.
Hogyan dolgoztak a bozon felkutatásán?
A legnagyobb részecskegyorsítók hosszú ideig az USA-ban működtek, de a múlt század végén a kutatási központok átkerültek Európába. A legnagyobb kutatóállomás ma az említett, Genf melletti európai részecskefizikai kutatóközpont, s itt működik a Föld legnagyobb részecskegyorsítója, a Nagy Hadronütköztető (Large Hadron Collider, LHC) is. (Hadronnak nevezték el az ütköztetett, nagyobb részecske-nyalábokat, proton-családokat.) A kísérleti fizikusok kezdetben azon dolgoznak, hogy az összetevőire szedjék szét a két- vagy három kvarkból felépült részecskéket. Kezdetben az atomot atommagra és héjra tudták szétválasztani, később az atommagot is tovább tudták bontani, protonokra és neutronokra. (Ezzel az „oszthatatlan” jelentésű „atom” szó elveszítette az eredeti értelmét.) Szabad kvarkot azonban hosszasan a legnagyobb erőfeszítés ellenére sem sikerült megfigyelni. Nemrég azonban bebizonyosodott, hogy az erős kölcsönhatásban résztvevő részecskék nagy családjának valamennyi tagja kvarkokból áll. A fizika ma hat féle, alapvető kvarkot ismer, és elméletileg sem számítanak újabbak felfedezésére. A részecskegyorsítókban elsősorban a kvarkok közti erőhatás tulajdonságait nézik. A számítások szerint ahogy a kvarkok távolodnak egymástól, úgy erősödik köztük az összetartó erő (ezt hétköznapi példával úgy szokták érzékeltetni, hogy gumiszalaghoz hasonlítják, mert a nyújtás során az is egyre nagyobb erővel akar összehúzódni). Ez érthetővé teszi, hogy miért nem lehet könnyen kiszabadítani a kvarkokat az atommagból, illetve hogy ezt csak nagyon nagy energiával lehet megtenni. Ezért próbálnak egyre nagyobb energiájú ütköztetéseket létrehozni, hogy így vizsgálhassák a szabad kvarkokból (és gluonokból, az erőhatást köztük közvetítő részecskékből is) álló plazmát, a kvark-gluon-plazmát.
A Higgs-bozonnak több lehetséges bomlási folyamata van. Az ábrán ezek közül látható egy jellemző Higgs-jelölt esemény, amely két, nagy energiájú fotont (hosszú, vörös oszlopok) tartalmaz. A képen látható sárga vonalak az ütközés által keletkezett, egyéb részecskék pályái.
A genfi részecskegyorsítóban ezért nehézionokat – például arany- vagy ólomionokat – gyorsítanak nagy energiára, majd a felgyorsított nyalábokat ütköztetik az azonos anyagból álló, másik nyalábbal. Ha ez sikerül, akkor a gyorsítóban átmenetileg éppen olyan körülmények jönnek létre, mint amilyenek az ősrobbanás utáni, néhány pillanatban. Ekkor megjelennek az atomok alkotóelemei, a kvarkok és a kvarkok közti kölcsönhatást közvetítő gluonok, de még nem állnak össze az atommagok stabil összetevői, a protonok és a neutronok. A Nagy Hadronütköztetőben (amelynek a neve nemcsak az energiák, hanem a hely nagyságára is utal, hiszen a gyorsítót magába fogadó alagút kerülete 27 kilométer!) két részecskenyaláb kering körpályán, egymással szemben, ellentétes irányban, majd a gyorsító négy pontján összeütköznek. Ezeken a pontokon lehet tanulmányozni a részecskeátalakulásokat, fázisokat.A kutatók úgy gondolták, hogy ebben a helyzetben tudják” fülön csípni” a gluonok közt a még hiányzó Higgs-bozont is – és nem tévedtek. Több évtizedes munka után sikerült nekik.
 
Lévai Júlia


A részecskékről mindent megtudhatsz a Mi MICSODA sorozat Modern fizika című kötetéből!
 
Nyomtatóbarát verzió
Küldd tovább ezt a cikket barátodnak, ismerősödnek
Ajánld a Mi MICSODA Klubot barátodnak, ismerősödnek

A honlapot a JÁTÉK-TANULÁS-TUDÁS Közhasznú Alapítvány üzemelteti.
Adószám: 18199978-1-42, cégjegyzékszám: 16.Pk.60.171./2009/2, sorszám 10.817.
Kapcsolat | Impresszum