Olyan részecskéket figyeltek meg a New York-i RHIC gyorsító STAR kutatói, amelyek látszólag a semmiből keletkeztek. Az ELTE fizikusainak közreműködésével a Nature magazinban publikált eredmény a kutatók szerint újabb bizonyíték arra, hogy a tömeg kvantumfluktuációkból is keletkezik. 

A Brookhaveni Nemzeti Laboratórium RHIC gyorsítója huszonöt évnyi sikeres működése alatt számos paradigmaváltó felfedezést tett, de a 2026 februári leállása után még mindig szolgáltat izgalmas eredményeket a fizikusok számára, hiszen az adatok feldolgozása, amiben a Csanád Máté vezette ELTE-s kutatócsoport is aktívan részt vesz, még évekig tart. 

A mostani felfedezés alapjául szolgáló kísérletben nagyenergiájú protonütközések adatait vizsgálták, és olyan „ritka” típusú kvark-antikvark párokat figyeltek meg, amelyek a mindenhol jelen lévő vákuumból keletkezhettek. Az eredmény kísérleti úton bizonyíthatja a kvantum-színdinamika egyik régóta vizsgált előrejelzését, és segíthet megérteni a „kvarkbezárást”, amelynek során a kvarkok és antikvarkok összetett részecskékbe záródnak.

A modern részecskefizika szerint a vákuum nem tekinthető valódi ürességnek: folyamatos kvantumfluktuációk zajlanak benne, megfelelően nagy energiát kapva pedig az itt megjelenő kvark-antikvark párok mérhető tömegű részecskékké alakulhatnak. A szabad kvarkok nem maradhatnak sokáig önálló, elszigetelt állapotban, ezért rövid időn belül összetettebb részecskéket, ebben az esetben úgynevezett hiperonokat alkotnak.

A STAR kutatói elemzésükben ezen részecskék spinjét, azaz belső perdületét elemezték, mert ez fontos információt őrizhet a részecskék keletkezéséről. Ez a tulajdonság szolgált bizonyítékul arra, hogy a megfigyelt részecskék eredete nem közvetlenül az ütköző protonok anyagához köthető, hanem a kölcsönhatást körülvevő vákuum kvantumos szerkezetéhez, hiszen kvantumos összhang volt megfigyelhető közöttük. 

A felfedezés segíthet megválaszolni a jelen kori fizika egyik legnagyobb kérdését, hogy hogyan is jött létre a Világegyetem látható tömege.

A kvark-antikvark párok vákuumbeli keltése, illetve a görög Lambda betűvel jelölt hiperonpárok STAR-beli észlelése

„Az ELTE RHIC-vel foglalkozó kutatócsoportjának egyik fő célkitűzése a kvantum-színdinamika (QCD) által irányított anyag lehetséges állapotainak és átalakulásainak kísérleti és elméleti feltérképezése – nyilatkozta az RHIC leállásakor Csanád Máté. – Büszkék vagyunk, hogy részesei lehetünk ezeknek az izgalmas felfedezéseknek. A mi csoportunk ezúttal az adatfelvételben és a detektorüzemeltetésben tudott aktívan hozzájárulni a kutatás sikeréhez." 

A kutatók most további adatok elemzésével, valamint más gyorsítók eredményeivel szeretnék megerősíteni a felfedezést, és kizárni minden egyéb magyarázatot. Az azonban biztos, hogy a felfedezés számos lehetőséget biztosít a vákuum tulajdonságainak és a kvantum-színdinamika elméletének további kutatásában. 

A Nature-ben megjelent cikkben Csanád Máté mellett Nagy Márton, Yan Huang és Kincses Dániel szerepel szerzőként.

Forrás: Brookhaven-i Nemzeti Laboratórium, STAR-Magyarország csoport, qubit.hu, interestingengineering.com