A modern fizika egyik legnagyobb rejtélye az antianyag hiánya a világegyetemben, hiszen az ősrobbanás után azonos mennyiségben kellett volna keletkeznie anyagnak és antianyagnak. A CERN Antianyaggyárat épített a kérdés tisztázására, van-e különbség részecskék és antirészecskék között, amely magyarázhatja ezt a furcsa aszimmetriát. Az Antianyaggyárban működő sok kísérlet egyike az ASACUSA együttműködés, főként japán, magyar, osztrák és olasz résztvevőkkel, amely most valóságos áttörést ért el az antiproton tömegének meghatározásában az elektronéhoz képest egy új, innovatív hűtési technikai alkalmazásával. Az egyik legtekintélyesebb tudományos folyóirat, a SCIENCE november 4-i számában jelent meg az ASACUSA együttműködés új, rendkívül nagy pontosságú mérése az antiproton tömegének meghatározására az elektronéhoz képest. A cikk 12 szerzője közül 6 japán, 3 magyar (Sótér Anna, Barna Dániel és Horváth Dezső) és 1-1 olasz, német és iráni.
SEQ "Illustration" \*Arabic 1. ábra: Az ASACUSA kísérlet a CERN Antianyaggyárában. A mérőberendezés feletti cső vezet a betonfal mögötti óriási hűtőberendezéshez.
A kísérletben antiprotonokat fogattak be hélium atomokban, helyettesítve velük az egyik elektront. Mintegy 2 milliárd hosszú élettartamú antiprotonos héliumatomot sikerült lehűteni 1,5 - 1,7 K abszolút hőmérsékletre, és a termikus mozgás nagy mértékű kiküszöbölésével jelentősen növelni a lézerspektroszkópiai mérések pontosságát. Az antiprotonos héliumatom rendkívül sajátos, a héliumatommag egy elektront és egy antiprotont köt benne, tehát egyszerre tartalmaz részecskét és antirészecskét olyan fizikai állapotban, amely viszonylag hosszú élettartama miatt lehetővé teszi atomi átmeneteinek spektroszkópiai vizsgálatát.
2. ábra: A kísérleti berendezés. A lézersugár balról, az elektrosztatikusan fókuszált antiprotonnyaláb jobbról lép be, a hűtés felülről történik, szuperfolyékony héliumréteget képezve a nagy tisztaságú rézből készült tartály falán.
Az együttműködés új eredménye az, hogy tanulmányozott antiprotonos atomokat rendkívül hideg héliumgázzal vette körül. Az antiprotonos héliumatom elektronja sokkal nagyobb sugarú pályán található, mint az antiproton és ez lehetővé teszi azt, hogy a hideg gáz atomjaival való ütközésekben lehűljön anélkül, hogy közben az antiproton befogódjék az atommagban és szétsugározzon. Ez utóbbi csak akkor következik be, amikor rezonanciaszerűen sikerül megfelelően hangolt lézerrel legerjeszteni az antiprotont, így mérik az átmeneti energiát, amiből a tömeg rendkívüli pontossággal meghatározható. A kísérlet adatgyűjtése 2010 és 2014 között folyt és megerősítette az anyag-antianyag szimmetriát, mivel az antiproton tömege 10 jegy pontossággal azonosnak bizonyult a protonéval.
3. ábra: Az ASACUSA kísérlet két magyar résztvevője, Barna Dániel és Sótér Anna.
A kísérlet következő lépése a mozgási bizonytalanság további csökkentése lesz két, egymással szemben belőtt lézersugár segítségével, amely a hosszanti mozgás hatását kiküszöböli. Ebben komoly szerepe lesz az Antianyaggyárban most épülő ELENA antiproton-tárológyűrűnek is.
Írta: Horváth Dezső
Az idézett publikáció:
Masaki Hori, Hossein Aghai-Khozani, Anna Sótér, Dániel Barna, Andreas Dax, Ryugo Hayano, Takumi Kobayashi, Yohei Murakami, Koichi Todoroki, Hiroyuki Yamada, Dezső Horváth, Luca Venturelli:
SCIENCE 04 Nov 2016: Vol. 354, Issue 6312, pp. 610-614 DOI: 10.1126/science.aaf6702
