MAGYAR RÉSZVÉTEL AZ EURÓPAI MÜON- ÉS AZ L3-EGYÜTTMŰKÖDÉSBEN

Nagy Elemér
Centre de Physique des Particules de Marseille (CPPM)
Université de la Méditerranée, Marseille, France
Tóth József, Urbán László
MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet

Ez a visszatekintés Magyarország és a CERN ma már hosszú és gazdag kapcsolatának azokat az éveit eleveníti fel, amikor magyar kutatók egy csoportja először vett részt CERN-kísérletekben úgy, hogy tevékenységük jelentős részét a magyarországi anyaintézetben fejtették ki.

A 70-es évektől kezdve a CERN meghatározó szerephez jutott Európában a részecskefizikai kutatásokban, miután a 400 GeV-es proton szinkrotron 1976-tól működésbe lépett. Még ezt megelőzően 1971-ben üzembe helyezték a világ első tárológyűrűjét, az ISR-t (Intersecting Storage Ring), amelynek segítségével olyan energiájú proton-proton ütközéseket tudtak létrehozni, amely a hagyományos álló céltárgy esetében 1800 GeV-nek felelt meg. Ezzel szemben Kelet-Európában a legnagyobb energiájú proton-szinkrotron Szerpuhovban 70 GeV-es energiájú nyalábot tudott csak előállítani. Az anyag szerkezetének kutatásában a részecskenyaláb energiája döntő szerepet játszik, minthogy nagyobb energia esetén az ütköző részecskék hullámhossza lerövidül, és ez a felbontóképesség megnövekedésével jár. A gyorsítók mellett a CERN élen járt a részecskedetektálás és adatfeldolgozás terén is. A 70-es években a CERN-ben működött a világ legnagyobb buborékkamrája, a Gargamelle, amely pillére volt a CERN unikális programjának a neutrínófizika területén. Ekkor építette a CERN-ben Charpak az első sokszálas proporcionális kamrát, amely forradalmasította a részecskedetektálást. Mindez az elért eredményeken is szembetűnő volt, amely között talán a legfontosabb a semleges gyenge áram, valamint a W és Z közbenső bozonok felfedezése volt.

A hazai kutatások színvonalon tartása szempontjából ezért rendkívül fontos volt, hogy magyar kutatók a CERN-ben folyó kísérletekben részt vegyenek. Minthogy Magyarország ekkor még nem volt tagja a CERN-nek, erre csak az alábbi két mód kínálkozott: vagy a CERN, illetve valamelyik nyugat-európai laboratórium meghívott kutatójaként töltött a magyar fizikus 1-2 évet a CERN-ben, vagy a dubnai Egyesített Atomkutató Intézet (EAI) munkatársaként vett részt olyan együttműködésben, amelynek mind az EAI, mind a CERN egyaránt tagja volt. Mindkét esetre volt már példa a 70-es években, sőt azelőtt is. Emellett azonban kívánatos volt, hogy a hazai kutatók egész csoportja úgy tudjon részt venni CERN-kísérletekben, hogy tevékenységük jelentős részét a magyarországi anyaintézetben fejtsék ki, éspedig a kísérlet teljes élettartama alatt. Ennek az ideális esetnek azonban elsősorban anyagi akadálya volt, és természetesen az, hogy Magyarország nem volt tagállam. E nehézségek ellenére is részt tudtunk venni már 1977-től kezdve egy viszonylag nagy létszámú, 5-10 főből álló kutatócsoporttal két magas színvonalú együttműködésben, az Európai Müon-együttműködésben (továbbiakban EMC) majd 1982-től az L3-kollaborációban, amelyekről az alábbiakban lesz szó.¹ Hogy ez lehetővé vált, abban nagy szerepet játszott Marcel Vivargent, a franciaországi Annecyben 1976-ban megnyílt laboratórium (LAPP) megalapítója és igazgatója. Egyrészt vállalta, hogy a kísérletek teljes időtartama alatt vendégül lát legalább egy magyar kutatót, amely azt jelentette, hogy a csoport tagjai közül felváltva 1-2 évre mindig volt valaki a kísérlet közelében, minthogy a CERN Annecytől 50 km-nyire fekszik. Másrészt azt vállalta, hogy a magyar kutatócsoport többi tagját az EMC számára formálisan az annecy-i csoporthoz kooptálja, természetesen ennek anyagi konzekvenciáival. Később, amikor Magyarország már több devizát szánt a részecskefizika támogatására, ez utóbbi gesztusra a LAPP részéről nem volt szükség, és az L3-kísérletben mint a KFKI kutatócsoportja önállóan szerepeltünk (többek között a KFKI vállalta a kísérlet közös költségeinek rá eső hányadát). Magyarország CERN-csatlakozását követően pedig az anyagi lehetőségek és a nemzetközi kapcsolatok bővülésével a KFKI mellett 1999-től a debreceni Kossuth Lajos Tudományegyetem és az ATOMKI közös csoportja is az L3 önálló tagjává vált.

A 60-as évek végén a SLAC egyik kutatócsoportja elektronok rugalmatlan szórásában azt tapasztalta, hogy ez utóbbiak a várakozáshoz képest lényegesen gyakrabban szóródtak nagy szög alatt a proton céltárgyon. Ez a jelenség hasonló volt ahhoz, amit a 20. század elején Rutherford észlelt -részecskék szórásában, és amely végül elvezetett az atommag felfedezéséhez. A jelenség itt azzal párosult, hogy a hatáskeresztmetszetből levezethető struktúrafüggvény nem függött a kicserélt foton Q tömegétől vagy annak v energiájától külön-külön, hanem csupán azok

kombinációjától, ahol m a proton tömege. Ezt a jelenséget "skálázás"-nak nevezik, amelynek fizikai tartalmára Feynman mutatott rá: a proton, mint a többi nukleon, parányi összetevőkből, partonokból áll, és az elektronok által kibocsátott, vagyis a szórásban kicserélt foton a partonok egyikét meglöki (1. ábra). Ebben az ütközésben, ahol a parton viszonylag nagy impulzust kap, úgy viselkedik, mint kvázi-szabad részecske. A meglökött parton a proton impulzusának x-ed részét hordozza. Ha azonban x szerint felintegrálunk, nem kapjuk meg a proton teljes impulzusát, csupán annak körülbelül a felét. Ennek az a magyarázata, hogy a proton impulzusának másik felét a partonokat összeragasztó gluonok hordozzák, amelyek semlegesek, és ezért velük foton nem cserélhető ki. Kézenfekvő volt ezek után felvetni a kérdést, vajon a partonok azonosak-e a Gell-Mann által korábban feltételezett kvarkokkal. Továbbá, hogyan lehet kísérletileg közvetlenül kimutatni a gluonokat? A kvark-parton modell fenomenologikus kidolgozása többek között Kuti Gyula nevéhez fűződik. Ezzel párhuzamosan megszületett a kvantum-színdinamika elmélete, amely részletesen leírja a kvarkok és gluonok kölcsönhatását.

Még korábban feltételezték, hogy a kvarkok három különböző formában, a képszerűség kedvéért úgy mondták, hogy három különböző színben fordulnak elő, mert csak így építhetik fel a hadronokat a Pauli-féle kiválasztási elvvel összhangban. Hasonlóan, a gluonok is színesek. A belőlük felépülő hadronok viszont "színtelenek". A kvantum-színdinamika szerint a színek között ható erők olyanok, hogy ha színes objektumokat egymástól eltávolítunk, közöttük egyre nagyobb erők állnak ennek ellen, és azok végül színtelen kvark-antikvark párokra, hadronokra szakadnak. Ennek folytán színes objektumokat, kvarkot vagy gluont szabadon nem lehet megfigyelni. Ha a kvarkokat nagy energiával lökjük meg, például müonok mélyen rugalmatlan szórásában a virtuális foton segítségével, a detektorban egy jól kollimált részecskenyalábot (jetet) észlelünk a foton irányában. Ugyanezt a jelenséget tapasztaljuk a gluonokkal kapcsolatban. A kvantum-színdinamika egy másik jóslata az volt, hogy a "skálatulajdonság" csak hozzávetőleges, mert a kvarkok nem teljesen szabad részecskékként viselkednek, és ezért a nukleon struktúrafüggvénye a domináns x-függésen kívül némiképp függ Q²-től is. Ezt a függést a kvantum-színdinamika pontosan meghatározta.

Hátra volt mindezen kérdések kísérleti megválaszolása, illetve az elméleti jóslatok ellenőrzése. Ebben a CERN oroszlánrészt vállalt. Egyrészt megépített egy müonnyalábot, ahol az effektust minden addiginál nagyobb energiákon lehetett újra vizsgálni. Mire szolgált a nagyobb energia? Elsősorban arra, hogy a struktúrafüggvénynek Q²-től való függetlenségét, vagy esetleg éppen attól való függését pontosan meg lehessen állapítani, ugyanis a nagyobb energia lehetővé tette nagyobb tömegű virtuális foton létrehozását. Két nagy együttműködés alakult, az Európai Müon-együttműködés (EMC), valamint az NA4-együttműködés, hogy a nagyenergiájú müonok mélyen rugalmatlan szórását tanulmányozza. Másrészt a jelenséget úgy is vizsgálták, hogy a müont neutrínóval helyettesítették. A neutrínó-ütközésekben a céltárgy kvarktípusa megváltozhat, és így a detektált részecskék segítségével a céltárgy töltését meg lehetett határozni. Hasonló információt lehetett szerezni úgy is, ha a céltárgy összetételét változtatjuk Az NA4-együttműködés hidrogénen (protonon) kívül szén céltárgyat használt, míg az EMC a hidrogén mellett nehézhidrogénből, valamint számos nehezebb elemből többek között vasatomokból építette különböző céltárgyait.

Az EMC-kísérlet eredetisége főleg abban nyilvánul meg, hogy nagy súlyt helyezett a leptonok mélyen rugalmatlan szórásában keletkező hadronok detektálására Minden más kísérlet elsősorban a szórt lepton mérésére összpontosított, hogy a struktúrafüggvény x- és Q²-függését határozza meg. Az EMC emellett a partonoktól eredő hadronjeteket is detektálta, és ennélfogva közvetlenül megfigyelhette a kvarkokra és a gluonokra utaló hadronzáporokat, valamint tanulmányozni tudta a partonok fragmentálásának mechanizmusát.

A kísérletet két fázisban végeztük. Az első fázis (NA-2) detektorának képe a 2. ábrán látható. Itt a fő cél a szór müon impulzusának pontos mérése, valamint a virtuális foton irányában keletkező hadronok detektálása volt. A céltárgy, mint említettük, változtatható volt, és a már fel soroltakon kívül polarizált hidrogéntargetet is használtunk. A müon ugyanis számottevő polarizáltsággal érkezik, és szórása polarizált céltárgyon számot ad a proton struktúrafüggvényének spinfüggéséről.

A kísérlet második fázisában (NA-9) a reakcióban keletkező összes részecske detektálása volt a cél, hogy a hátrahagyott kvarkok által létrejött hadronokat is megfigyelhessük (1. ábra), amelyek a tömegközépponti rendszerben a virtuális fotonnal ellenkező irányban mozogtak. E célból a céltárgy köré külön detektorrendszert építettünk, amelynek központi magja egy sztrimerkamra volt (3. ábra). A sztrimerkamrák által készült felvételek (4. ábra) egy részét a KFKI RMKI-ban erre a célra épített speciális mérőberendezéssel ("RIMA") értékeltük ki.

A számos eredmény közül az alábbiakat emeljük ki. Meghatároztuk a struktúrafüggvények Q²-függését, és ezáltal kimutattuk, hogy a "skálázás" megsérül, éspedig olyan módon, ahogyan azt a kvantum-színdinamika előírja. Ezt a mérést azóta nagyobb energián és nagyobb pontossággal megismételték (5. ábra), de az EMC érdeme ennek a ténynek egyik legkorábbi kimutatása.

A 6. ábra a hadronikus energia szögeloszlását mutatja a virtuális foton iránya körül. Az esetek nagyobb részében ez az eloszlás a foton iránya körül összpontosul (a) és világosan jelzi a foton, illetve kvark irányában kialakuló hadronzáport. Különválasztva azokat az eseményeket, ahol legalább egy töltött hadron nagyobb mint 2 GeV² merőleges impulzusnégyzettel rendelkezik a foton irányához képest (b), a foton körül egy aszimmetrikus kettős struktúra fedezhető fel, amely a meglökött kvarktól és a kvarkról kisugárzó gluontól származik. E jelenség volt a gluonok létezésének első bizonyítéka leptonok mélyen rugalmatlan szórásában.

Tanulmányoztuk a hadronok multiplicitás-eloszlását, vektormezonok, ritka mezonok és barionok, bájos mezonok, valamint antinukleonok keltését, a keletkező hadronok közti korrelációt az x, QZ változók függvényében. Az így kapott eredmények mindegyike összhangban volt azzal, amelyet a kvantum-színdinamika és a kvark-parton modell alapján várni lehetett. Többek között kimutattuk, hogy a foton irányában haladó legnagyobb impulzusú hadron nagy valószínűséggel tartalmazza a foton által meglökött kvarkot.

Az elméleti várakozások igazolása mellett néhány, előre meg nem jósolt megfigyelést is tettünk. Ezek közül a ma "EMC-effektus"-nak nevezett jelenséget említjük meg első helyen. A 7. ábra a vas atommagon, illetve nehézhidrogénen mért struktúrafüggvények hányadosát mutatja az x változó függvényében. Mint látjuk, az arány nem egységnyi, és függ x-től. Ez nehezen illeszthető be egy egyszerű kvark-parton képbe, és fel kell tételezni, hogy a kvarkok eloszlása a nukleonban függ attól, hogy a nukleonnak milyen a környezete az atommagban. E felfedezés magyarázata még ma sem kielégítő, annak ellenére, hogy az EMC-kísérlet, majd azt követően más kísérlet is részletesen tanulmányozta az effektust különböző típusú atommagokon (8. ábra). Végül a másik meglepő eredmény a polarizált müonok polarizált céltárgyon történő szórásában jelentkezett. Az így kapott struktúrafüggvények arra utaltak, hogy a nukleon spinjének nagyobb részét nem a valenciakvarkok hordozzák. Ezt a meglepő jelenséget több további kísérletben is megerősítették.

Mindent egybevetve, az EMC-együttműködés kísérletsorozata jelentős szerepet játszott a kvantum-színdinamika kísérleti ellenőrzésében, amely az erős kölcsönhatások megértéséhez vezetett, és egyik pillére a Standard Modellnek, amely egységbe foglalja - a gravitáció kivételével - az összes ismert kölcsönhatást.

Az EMC-kísérletsorozat vége felé 1983-ban a CERN fennállásának egyik legnagyobb sikerét érte el, amikor két kísérletben egyidejűleg megtalálták a W és Z közbenső bozonokat, a gyenge kölcsönhatás közvetítőit, amelyeknek tömege pontosan akkora volt, mint amit a Standard Modell megjósolt. Ily módon a Standard Modell csaknem minden eleme kísérletileg bizonyítást nyert, kivéve a hatodik, top-kvarkot (t) és a hatodik leptont (-neutrínó), továbbá a Higgs-részecskét, amely a modellben a részecskéknek tömeget biztosít. A felfedezésért a CERN két kutatóját, Carlo Rubbiát és Simon Van der Meert már egy év múlva Nobel-díjjal tüntették ki.

A CERN-ben hamarosan egy elektron-pozitron-ütköztető építésébe fogtak, elsősorban a Higgs-részecske és a top-kvark felkutatására, valamint a Standard Modell részletes tanulmányozása érdekében. A gyorsító, amely a LEP (Large Electron Positron) nevet kapta, 1989-re készült el (9. ábra).

A 27 km-es föld alatti körgyűrűben néhány évig 45 (LEP1), majd később 100 GeV-es energiájú (LEP2) elektronok és pozitronok ütköztek. Míg Rubbia Nobel-díját egy tucatnyi Z részecske kimutatásáért kapta, a LEP-en e részecskéket milliós számban lehetett előállítani.

A CERN igazgatója négy kísérletnek adott zöld utat a tárológyűrűn, amelyek közül a harmadikat (innen származik az együttműködés neve: L3) a Nobel-díjas Samuel Ting vezette. Az együttműködésben 13 ország 34 laboratóriuma vett részt (10. ábra), és ezek között volt a LAPP, valamint Budapest néven a mi kutatócsoportunk, amelynek tagjai az EMC csoportjából kerültek ki.

A detektor (11. ábra) a LEP-hez épített detektorok között a legnagyobb méretű volt. Amíg a többi hármat a nyalábból ki, illetve abba be lehetett tolni, az L3 detektorát a nagy tömege miatt, amely körülbelül az Eiffel-torony súlyának felelt meg, állandó jelleggel a talajhoz kellett rögzíteni. E gigantikus méret magyarázata az, hogy a detektorral a leptonokat, köztük a müonokat, az elérhető legnagyobb pontossággal kívántuk mérni. Ting, a kísérlet vezetője Nobel-díját egy rendkívül éles rezonancia, a charmónium felfedezéséért kapta, és ezt annak köszönhette, hogy detektora addig még soha nem látott pontossággal észlelte az elektronokat. Nem csodálható, hogy meg volt győződve arról, hogy a részecskefizikai felfedezések kulcsa a kiváló felbontóképességben rejlik. A LEP-en kutatott részecskék, top-kvark, Higgs- vagy Z-hez hasonló, de annál nagyobb tömegű rezonanciák tömegére az elmélet semmiféle jóslattal nem rendelkezett. Így nem lehetett kizárni, sőt plauzibilis volt, hogy a top-kvarkot a b-kvarkhoz hasonlóan annak t és t kötött állapotaként (topónium) fogják megtalálni, amely két leptonra bomlik. Hasonlóan, a Higgs-részecskét a topónium bomlásában vélték kimutatni, amikor is a Higgs-részecskét egy monoenergetikus foton kíséri a topónium rendszerében.

Ahhoz, hogy 50 GeV-es müonok impulzusát 1-2% pontossággal lehessen mérni, a müonpálya igen hosszú, több méteres szakaszán kellett azok rendkívül kicsiny, mikron nagyságrendű eltérülését meghatározni igen erős mágneses térben. A detektor ezért tulajdonképpen egy 12 x 12 x 12 m³ nagyságú csarnok, amelyben 0,5 T erősségű, rendkívül homogén mágneses tér uralkodik. A müonpályákat 6 m hosszú driftkamrákból álló rendszer mérte, amelyek egymáshoz viszonyított helyzetét lézersugarakkal határozták meg 20 µm pontossággal. A detektorokat oktánsokban (12. ábra) helyezték el a detektor közepén futó tartóhengeren. A tartóhenger belsejébe került a detektor többi eleme: a hadronok, illetve fotonok és elektronok mérését szolgáló hadron-, illetve elektromágneses kaloriméter, valamint a nyaláb közelében a töltött részecskék mérését szolgáló vertex, illetve Si-nyomdetektor. Ezek mindegyikének két nehezen teljesíthető igényt kellett kielégítenie: extrém pontosság minimális térfogatban. Ez utóbbi azért volt fontos, hogy a müonok mérésére minél nagyobb térfogat álljon rendelkezésre. E feltételek teljesítésére, mint már a müonkamrák esetén is, csúcstechnológiát kellett alkalmazni, ahol sok esetben a kutató-fejlesztési tevékenység az építést végző laboratóriumokban folyt. Erre talán a legjobb példa az elektromágneses kaloriméter, amelynek sugárirányú mérete nem haladhatta meg a 30 cm-t, ugyanakkor 25 sugárzási hosszat kellett biztosítani. Ezenfelül kiváló energiafelbontó-képességgel kellett rendelkeznie 100 MeV-től egészen 100 GeV-ig, mégpedig egy viszonylag nagy sugárzási háttérrel rendelkező környezetben. Ilyen szigorú feltételeket csak a Bi-Geoxid (BGO) egykristályokkal lehetett kielégíteni. A probléma az volt, hogy egyetlen ipari cég sem volt képes ilyen kristályokat a megadott 30 cm hosszúságban legyártani. Erre végül a Kínai Tudományos Akadémia sanghaji intézetében találták meg a megoldást. A több mint 11 ezer BGO-kristályt tartalmazó kaloriméter összeszerelése látható a 13. ábrán.

A KFKI sajnos nem tudott érdemben részt venni a detektor építésében, egyrészt anyagi okok miatt, másrészt azért, mert a Kelet-Nyugat között egyre nagyobbodó technikai rés ebben az időben érte el a maximumát. Lehetőségeinkhez képest mégis szép eredménynek tekinthető, hogy magyar kutatók is részt vállaltak az L3-SMDszubkollaboráció keretében a Si-detektor pozícióját folyamatosan ellenőrző egyik monitorrendszer megtervezésében és megépítésében. Ugyanakkor nagymértékben kivettük a részünket az L3-detektorhoz tartozó szoftver kifejlesztésében. Megemlítendő a detektoranyagban a részecskék elektromágneses kölcsönhatásainak számítógépes szimulálása, amely lehetővé tette, hogy a detektor hatásfokát és felbontóképességét nagy pontossággal meghatározzuk. Programot fejlesztettünk ki továbbá annak meghatározására, hogy a mérési hiba, illetve véletlen fizikai folyamatoktól eredő hiba hogyan terjed a detektor egyik részéről a másikra. Ez utóbbi lehetőséget adott a detektor különböző részein mért információk egyesítésére. Végül részt vettünk az L3-adatbázis szoftverének kidolgozásában.

Mint említettük, az 1989-ben kezdődő és 11 évig tartó kísérletsorozat két fázisban zajlott le. A LEP összenergiáját először a Z részecske tömege környezetében választották meg, hogy meghatározhassuk leptonok és kvarkok csatolását a Z részecskéhez, amelyet a Standard Modell nagy pontossággal előírt. Ilyen módon sikerült az elméleti jóslatokat ezreléknyi precizitással ellenőrizni (14. ábra).

Emellett a Z rezonancia szélességéből arra az igen fontos következtetésre lehetett jutni, hogy nem létezik háromnál több, 45 GeV-nél kisebb tömegű neutrínó, ami arra utal, hogy a leptonok és kvarkok legfeljebb három családot alkotnak. A nagy pontosságú mérések azt is lehetővé tették, hogy a top-kvark és a Higgs-részecske valószínű tömegét meg lehessen becsülni. Mindkettőre a Z tömegénél jóval nagyobb értéket kaptunk (15. ábra).

A top-kvarkot 1995-ben a Tevatronon valóban megtalálták abban a tömegtartományban, amelyet a LEP-kísérletek, többek között az L3, előre jeleztek. A mért tömeg 174±5 GeV-nek adódott, amely kizárta, hogy a top-kvarkot a LEP-en közvetlenül meg lehessen figyelni. Ami viszont elérhető volt, és a Standard Modell szempontjából perdöntőnek ígérkezett, az a folyamat megfigyelése és hatáskeresztmetszetének meghatározása. A Standard Modell ugyanis a Z W⁺ W^- csatolással biztosítja az unitaritást, amely a gyenge kölcsönhatások Fermi-elméletében megsérül. Ugyanakkor a fenti folyamat lehetőséget nyújt a W tömegének nagy pontossággal történő meghatározására is.

Ezért, valamint a Higgs-részecske felfedezése céljából a LEP2-fázisban az elektron- és pozitronnyaláb energiáját a LEP-pel maximálisan elérhető, 100 GeV-et valamelyest meghaladó értékre növelték. Amint a 14. ábrából kitűnik, a LEP2 is mindenben igazolta a Standard Modell jóslatait. A W tömegét a négy kísérlet együttesen 34 MeV pontossággal mérte meg. Ez a Tevatronon felvett adatokkal együtt valamint a top-kvark tömegének megmérésével jelentősen behatárolta a Higgs-részecske tömegét (15. ábra). Bár a Higgs tömegére ezek szerint viszonylag kicsiny értéket várunk, ez mindenesetre nagyobb, mint 115 GeV, azaz a LEP által kimutatható legmagasabb tömegérték, ugyanis a LEP-kísérletekkel a Higgs-bozont nem lehetett szignifikánsan kimutatni.² Ily módon a Higgs-részecske továbbra is a részecskefizikusok "Most Wanted " listáján maradt.

Egy másik kérdés, amelyre a LEP-en végzett kísérletekkel választ kerestünk, mi az oka annak, hogy a kísérleti adatok ilyen hihetetlen pontossággal megegyeznek a Standard Modell jóslataival. Végtére is ez utóbbinak sok elméleti fogyatékossága van. Elsősorban az, hogy 19 paramétert kézzel kell beleírni. A tömegeket, elsősorban a Higgs-részecske tömegét csak módfelett kétséges renormalizációs eljárással lehet kiszámítani (technikai nyelven ezt "finomhangolásnak" nevezik). Végül, de egyáltalán nem utolsó sorban, a Standard Modellben nem szerepel a gravitáció. Ma még nincsen olyan elmélet, amely e fogyatékosságokat teljesen ki tudná küszöbölni, legfeljebb csak támpontul szolgál arra, hogy milyen úton lehet a megoldást megtalálni.

Az egyik ilyen támpont az, hogy bármi legyen is a helyes elmélet végső alakja, annak valószínűleg egy új típusú szimmetriával, az úgynevezett Szuperszimtnetriával (SUSY) kell rendelkeznie. A SUSY azt jelenti, hogy a természet szimmetrikus a bozonok (egész spinű) és fermionok (fél-egész spinű részecskék) felcserélésével szemben. Kimutatható, hogy annak a szimmetriának, ami szerint a természeti törvények függetlenek a koordináta rendszertől, a szuperszimmetria az egyetlen lehetséges kiterjesztése. Nehezen elképzelhető tehát, hogy ne valósuljon meg a természetben. Ezenkívül a SUSY mellett a legfontosabb érv, hogy képes megszüntetni az elméletben fellépő végtelen, és ezért értelmetlen mennyiségeket amelyek az általános relativitáselmélet és a kvantummechanika frigyéből származnak.

Az már bizonyos, hogy a SUSY a jelenleg rendelkezésre álló energiákon megsérül. Ugyanis e szimmetria következtében a Standard Modell minden részecskéjéhez tartoznia kellene egy szuperszimmetrikus partnernek, amely minden tulajdonságában azonos az eredetivel, csupán spinje különbözik 1/2 értékkel. Miután eddig még nem találtunk egyetlen olyan partnert sem, amelynek tömege megegyeznék a Standard Modell megfelelő részecskéjével, fel kell tételezni, hogy a SUSY megsérül, minthogy a SUSY partner tömege jóval nagyobb. A LEP lehetőséget adott rá, hogy e nagy tömegű partnereket felkutassuk az 50-100 GeV-es tömegtartományban. Megindult tehát a hajsza a közbenső bozonok és a Higgs-részecske SUSY-partnereinek, az úgynevezett gaugínók felkutatására, valamint a leptonok és kvarkok szuperszimmetrikus párjainak, az s-leptonok és s-kvarkok felfedezésére.

Ezek közül a legkézenfekvőbb célpontnak a legkönnyebb SUSY-partnerek ígérkeztek. A legkönnyebb SUSY-részecske, az LSP (Lightest Supersymmetric Particle) kozmologikus érvek szerint semleges kell legyen, ezért erre a legjobb jelölt a semleges gaugínók, másnéven neutralínók legkönnyebb tagja, vagy pedig a neutrínó partnere, az s-neutrínó. Az LSP ráadásul stabil, ha az úgynevezett R-paritás megmarad, ugyanis a szuperszimmetrikus partnerek R-paritása ellenkező a standard részecskék R-paritásához képest. Ezenkívül az LSP csak a gyenge kölcsönhatásban vesz részt. Az LSP ezért ebben az esetben a detektorban nem hagy semmilyen jelet, jelenlétét, a neutrínókhoz hasonlóan egy nagyméretű hiányzó impulzus árulja el.

A neutralínók felkutatásában a hazai csoport az adatok kiértékelése révén közvetlenül is részt vett. Miután nem találtuk semmi nyomát e részecskéknek, akár feltételeztük az R-paritás megmaradását, akár nem, a neutralínók tömegére alsó, illetve keltési hatáskeresztmetszetükre felső korlátot állapítottunk meg. Hasonló volt az eredménye a többi SUSY-részecske utáni vadászatnak is. A kutatók csak azzal vigasztalódhatnak, hogy - az s-kvarkokat kivéve - a SUSY-részecskék tömegének alsó határára a legnagyobb értékeket jelenleg a LEP-en végzett mérések adják.

Ami a fennmaradt nyitott kérdéseket illeti, ezeket csak nagyobb energiájú gyorsítók segítségével tudjuk majd megválaszolni (Tevatron és LHC). Ez azonban mit sem von le a LEP-en végzett kísérletek immár történelmi jelentőségéből.

____________________________

____________________________