A NAGY TUDOMÁNY HÁLÓJÁBAN

Juhász Bertalan, Fülöp Zsolt, Trócsányi Zoltán
Debreceni Egyetem és MTA ATOMKI, Debrecen

Manapság világszerte általános a természettudományi alapkutatásokban, hogy az új eredmények eléréséhez főleg "nagyberendezéseket" használnak. Ezeket többnyire egy ország tudományos költségvetéséből fel sem lehetne építeni, és egy ország tudományos közössége kellően hasznosítani sem tudná. Ezért a nagyberendezések egyre inkább nemzetközi összefogással épülnek és nemzetközi kutatócsoportok használják azokat. A gazdaságban határozottan jelen levő, és a társadalmi jelenségekben is egyre inkább meghatározóvá váló globalizáció tulajdonképpen a természettudományokban, azon belül is a fizikában kezdődött. Élen jár ebben a folyamatban az atomi és szubatomi jelenségek fizikáját tanulmányozó részecske-, mag- és atomfizika. Nem véletlen, hogy az életünket egyre inkább befolyásoló világhálót a részecskefizikai alapkutatások nemzetközi fellegvárában, a genfi székhelyű CERN-ben¹ találták ki. Jelen pillanatban a CERN-ben egy minden eddiginél nagyobb teljesítményű gyorsító építésén fáradoznak, amelynek működtetését eleve úgy tervezik, hogy a kísérletekben részt vevő több ezer, a világ minden tájáról származó kutató mind az adatgyűjtést, mind a kiértékelést messziről, gyakran másik földrészről fogja végezni.

Nem maradhatott ki a globalizációs folyamatból az ATOMKI sem, ha a tudomány nemzetközi élvonalába akart kerülni, illetve ott szándékozik maradni. Valóban, Lovas Rezső bevezetőjéből [1] kitűnik, hogy számos részben intézményesített keretek között folyó, részben a munkatársak személyes ismeretségeire alapuló - nemzetközi kutatási kapcsolat rendkívül lényeges szerepet játszik az ATOMKI mai életében. Ezek a kapcsolatok főként nagyberendezéseket (tipikusan gyorsítókat) üzemeltető kutatóközpontokkal létesültek, és ezekből szeretnék a különböző szakterületekről válogatva néhányat bemutatni ebben a cikkben.

A CERN a részecskefizikai kutatások világviszonylatban legjelentősebb laboratóriuma, ezért igen nagy jelentőségű döntés volt 1992-ben hazánk csatlakozása, amellyel lehetővé vált, hogy a legkorszerűbb részecske- és magfizikai eszközökön magyar kutatók is dolgozhassanak. Az ATOMKI-ba az akkori igazgató, Pálinkás József hozta a részecskefizikát, amikor kezdeményezte, hogy budapesti kollégákkal együtt, Horváth Dezső vezetésével néhányan csatlakozzunk az OPAL-együttműködéshez. Az ATOMKI csoportjának egyik szép kísérleti eredménye az erős kölcsönhatás szabad paramétereinek egyidejű, nagy pontosságú megmérése volt [2]. A méréseket az akkor elérhető legnagyobb energiákon működő elektron-pozitron ütközőnyalábos gyorsítógyűrűn (Large Electron-Positron Collider, LEP) gyűjtött adatok analízisével végeztük. A LEP-hez kapcsolódó magyar mérésekről részletesen olvashattunk a Fizikai Szemlének a magyar CERN-tagság tízéves évfordulóját ünneplő számában [3], ezért itt inkább a másik végletet, a legkisebb energiákhoz kapcsolódó kutatásainkat mutatjuk be.

1. ábra. Ebben a világban nem lenne megrázó a paritás sérülése, hiszen mindennapi tapasztalat lenne. A mi világunk azonban nem ilyen.

A CERN ugyanis nem csupán a legnagyobb energiájú ütközések tanulmányozásához kínál egyedi lehetőségeket. Ugyancsak Horváth Dezső vezetésével kutatásokat végzünk a CERN antiproton-lassítójára (Antiproton Decelerator, AD) telepített berendezésekkel is. A kísérletek egyik fő célja a természet legalapvetőbb szimmetriájának, a CPT-szimmetriának a tanulmányozása. De mi is az a CPT-szimmetria?

A fizika, és ezen belül is a minket körülvevő világ építőköveivel foglalkozó részecskefizika egyik alapelve, hogy egy rendszer viselkedését leíró törvények bizonyos szimmetriáknak engedelmeskednek. Eszerint a fizikai törvényeknek változatlannak (invariánsnak) kell maradniuk, ha valamilyen szimmetriatranszformációt hajtunk végre tipikusan a tér-időn. A tér-idő szimmetriatranszformációival szembeni invariancia azt jelenti, hogy ha megváltozatjuk a koordinátarendszer kiindulópontját, elforgatjuk a koordinátarendszert vagy máskor kezdjük az idő mérését, akkor a fizika törvényei nem változnak, azaz ugyanazok a természeti törvények érvényesek bárhol a világban, most és évmilliárdokkal ezelőtt vagy ezután is. Igen mély felismerés volt, amikor rájöttek arra, hogy egy fizikai elmélet szimmetriatranszformációkkal szembeni invarianciájából következik, hogy léteznek megmaradó mennyiségek. Például az idő nullpontjának megválasztásával szembeni invarianciának a következménye az energia megmaradása.

Az előző bekezdésben tárgyalt úgynevezett folytonos szimmetriákon kívül léteznek diszkrét szimmetriák is. Ha például biliárdgolyók mozgását figyeljük, nem tudnánk megmondani, hogy tükörből vagy közvetlenül szemléljük a játékot. Tulajdonképpen ugyanez igaz a jégkorongmérkőzésre is, ha nincsenek a palánkon hirdetések, és azonos számban vannak jelen jobb- és balkezes játékosok, tehát nincs, ami megsértse a jobb-bal szimmetriát. Az elemi részek játékterében nincsenek feliratok, ezért sokáig alapfeltevés volt, hogy a természet törvényei szimmetrikusak a tértükrözés transzformációjával (paritástranszformáció, röviden P) szemben. 1956 októberében jelent meg T.D. Lee és C.N Yang cikke, amelyben javaslatot tettek arra, hogy a P-szimmetria talán mégis sérül a -radioaktivitásért felelős gyenge kölcsönhatás által szabályozott folyamatokban. A javaslatot a fizikustársadalom hűvösen fogadta, túlságosan nagy volt az előítélet. Nagy megdöbbenést keltett 1956 karácsonyán, amikor C.S. Wu vezetésével sikerült kísérletileg kimutatni, hogy a gyenge kölcsönhatás valóban megkülönbözteti a jobb és bal oldalt, tehát a paritás sérül. Az eredmény annyira döbbenetes volt (vö. 1. ábrával), hogy Lee és Yang rögtön a következő évben, 1957-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat.

A gyenge kölcsönhatás paritást sértő elméletének jóslata, hogy amennyiben a tértükrözéssel együtt minden részecske töltését is mínusz egyszeresére változtatjuk, és ezáltal az antirészecskéjébe visszük át (röviden C-tükrözés), akkor a természeti törvények változatlanok maradnak. 1964-ben J. Cronin és V. Fitch kísérletben megmutatta, hogy a semleges kaonnak nevezett részecske bomlása során az egyesített CP-szimmetria is sérül - eredményükért 1980-ban kaptak Nobel-díjat. A jelenséget az elektromágneses és gyenge kölcsönhatások egyesített elmélete, az elektrogyenge elmélet értelmezni képes, és azt is megjósolja, hogy amennyiben a tértükrözéssel és töltéstükrözéssel egyszerre még az időt is ellenkező előjelűre változtatjuk, (T-tükrözés), akkor aztán biztosan nem lehet olyan jelenséget találni, amely az egyesített CPT transzformáció végrehajtása után ne ugyanúgy játszódna le².

Az elemi részecskék kölcsönhatásait leíró természeti törvények CPT-invarianciája a részecskefizika egyik legalapvetőbb feltevése, amelyet minden folyamat leírásakor és számolásakor igaznak feltételezünk. Sokan úgy gondolják, hogy egyszerűen lehetetlen, hogy a CPT-szimmetria ne legyen érvényes, ezért minden arra irányuló kísérlet, hogy a CPT-szimmetriát sértő jelenséget találjuk, teljesen felesleges. A szkeptikusok és Nobel-díj-vadászok szerint azonban lehetségesek olyan folyamatok, amelyekben a CPT-szimmetria, ha nagyon kis mértékben is, de sérül. Akárhogyan is, a múlt hibáiból tanulni érdemes. Yang jegyezte meg a Nobel-beszédében: "Megdöbbentő volt számunkra, hogy a paritásmegmaradást oly sokáig mindenki elhitte kísérleti bizonyíték nélkül." Tehát még ha a CPT-szimmetriát a természet alapvető tulajdonságának véljük, akkor is ellenőrizni kell amennyire csak lehet.

A CPT-szimmetria egyik következménye az, hogy egy részecske és az antirészecskéje tömegének egyenlőnek, töltésének pedig egyenlő nagyságúnak és ellentétes előjelűnek kell lennie. Így egy részecske és az antirészecskéje tömegének és töltésének nagy pontosságú megmérésével a CPT-szimmetria érvényességét ellenőrizhetjük (a kísérleti pontosság erejéig). Pillanatnyilag a legpontosabb ilyen mérés a semleges kaonra (K°) vonatkozik; eszerint a kaon és antikaon tömege 10^-18 relatív pontossággal megegyezik.

A Genfben található CERN (Európai Részecskefizikai Laboratórium) által épített AD berendezés a CPT-szimmetria ellenőrzésére épült. Az 1999 végén üzembe helyezett mintegy 150 méter kerületű "antiprotongyár" másfél-két percenként szolgáltat egy körülbelül 30 millió antiprotonból álló, 100 MeV/c impulzusú, tehát 5,3 MeV kinetikus energiájú nyalábcsomagot a berendezést napi 24 (= 3 8) órában, heti 5 napon át használó három kísérlet egyikének. A kísérletek közül kettő - az ATHENA (ApparaTus for High-precision Experiments on Neutral Antimatter = berendezés semleges antianyagon történő precíziós mérésekhez) és az ATRAP (Antimatter TRAP = antianyagcsapda) - antihidrogén előállítására és tanulmányozására alakult. Az antihidrogén, amely egy antiprotonból és egy hozzá kötött pozitronból (= antielektronból) áll, a hidrogén antirészecskéje, és a CPT-szimmetria szerint a hidrogén és az antihidrogén spektrumának (az elektron, illetve a pozitron energiaszintjeinek) meg kell egyeznie. A hidrogén spektrumszerkezetét nagyon nagy pontossággal ismerjük (a múlt században a kvantummechanika és a kvantumelektrodinamika gyakorlatilag a hidrogén nagyon pontosan megmért spektrumának leírására született meg), így ha a korábban hidrogénnel elvégzett méréseket megismételjük antihidrogénnel, a mért eredményeket összehasonlítva a CPT-szimmetria ellenőrizhető. A két kísérlet már sikerrel állított elő nagyszámú antihidrogénatomot, amelyeknek a spektroszkópiai tanulmányozása azonban még várat magára.

Az AD-t használó harmadik kísérlet az ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons = atomi ütközések és spektroszkópia alacsonyenergiás antiprotonokkal), amely egy Tokió-Aarhus-Budapest-Debrecen-CERN együttműködés. A név utalás Tokió Asakusa negyedére, és az ott található híres Asakusa-szentélyre, a kísérletben résztvevő kutatók és pénzeszközök nagy része ugyanis japán. Ez a kísérlet teljesen más úton jár, mint az előző kettő: antiprotonos héliumatomok spektrumát méri. Az antiprotonos héliumban a hélium egyik elektronját egy szintén negatív töltésű antiproton helyettesíti. Egy ilyen egzotikus atomot úgy állíthatunk elő, hogy egy antiprotont egyszerűen héliumgázba lövünk. Az antiproton a héliumatomokkal történő ütközésekben lelassul, majd valamelyik héliumatom egyik elektronját kiütve befogódik a mag köré. Általában az ehhez hasonló egzotikus atomok élettartama nagyon rövid: kevesebb, mint egy nanoszekundum. Az egyetlen kivétel az antiprotonos hélium, ahol a befogott antiprotonok körülbelül 3%-a olyan állapotba kerül, amelynek az élettartama néhány mikroszekundum, ami már elegendően hosszú ahhoz, hogy lézerspektroszkópiai módszerrel megmérjük egy ilyen állapot és egy rövid élettartamú állapot közötti átmenet energiáját.

2. ábra. A CPT-szimmetria ellenőrzésére szolgáló mérések relatív pontosságának időbeli változása.

Sajnos, az így mért energiát nem lehet összehasonlítani az antiprotonos hélium antirészecskéjének (azaz a protonos antihéliumnak) a megfelelő energiájával, mivel ilyen antihéliumos rendszert nem tudunk előállítani. A mért értékeket azonban össze lehet hasonlítani a sok más kísérleti eredmény értelmezésében jelesre vizsgázott kvantumelmélet kereteiben számított értékekkel. A számítások a proton m_p tömegét és q_p, töltését használják az antiproton tömegére és töltésére. Az átmeneti energia az mq² mennyiséggel arányos, azaz ily módon csak az és az m_p mennyiségeket lehet összehasonlítani, külön-külön a tömeget és a töltést nem. A fentieken túl azonban még nagy relatív pontossággal ismerjük az antiproton arányát, amelyet az ATRAP kísérlet elődje, a már nem létező LEAR (Low Energy Antiproton Ring = alacsonyenergiás antiprotongyűrű) berendezésnél működő TRAP-kísérlet határozott meg egy mágneses csapdában keringő antiproton és H^--ion ciklotronfrekvenciáinakű³ megmérésével és összehasonlításával. Eszerint a hányados és a proton q_p / m_p hányadosa közötti relatív különbség kevesebb, mint 9 10^-11. Ezen eredmény, illetve az antiprotonos hélium mért és számított átmeneti energiái közötti különbség felhasználásával már lehetséges az és a meghatározása. A jelenlegi legpontosabb ASACUSA-mérés szerint az és az m_p, illetve a és a q_p közötti relatív különbség kevesebb, mint 10^-8 [4]. A CPT-szimmetria ellenőrzésére szolgáló mérések relatív pontosságának időbeli változását mutatja a 2. ábra.

A jelzett nagy pontosságot már nem lehetett közvetlenül az AD-nyaláb használatával elérni, ugyanis annak viszonylag nagy energiájú antiprotonjait nagy sűrűségű héliumgázban lehet csak megállítani, a héliumatomokkal való ütközés azonban megváltoztatja az átmenetek energiáját, ami nagyban csökkenti az elérhető kísérleti pontosságot. Ennek a hátránynak a kiküszöbölésére épült meg az RFQD (Radio Frequency Quadrupole Decelerator) lassító, amely közvetlenül az AD nyalábkimenete után csatlakozik, és amely rádiófrekvenciás mező használatával a bejövő antiprotoncsomagot 40-50%-os hatásfokkal körülbelül 60 keV-ra lassítja; a pontos kimeneti energia szabályozható. Az ilyen kis energiájú antiprotonokat már olyan kis sűrűségű gázban is meg lehet állítani, amelyben az ütközések hatása elhanyagolható.

Az ASACUSA-együttműködés keretében további kísérletek is zajlanak. Ezek közé tartozik a -állapotok hiperfinom felhasadásának⁴ mérése mikrohullámú spektroszkópiával; a hidrogén- és deutériumatomokkal való ütközéseknek az -állapotok élettartamára gyakorolt hatásának vizsgálata, az antiprotonok energiavesztésének mérése különböző anyagokban, valamint antiprotonok csapdázása, hűtése és kivonása egy szupravezető mágnesben elhelyezett csapda segítségével. Az együttműködés távlati céljai között szintén szerepel antihidrogén előállítása és egy antihidrogén-állapot finomfelhasadásának megmérése mikrohullámú spektroszkópiával.

A nukleáris asztrofizika fontos célja olyan atommagfizikai mérések tervezése és kivitelezése, melyek a csillagokban és szupernóvákban történő anyagkeletkezés (atommagszintézis) megértéséhez visznek közelebb. Az asztrofizikai modellszámítások egyik fontos bemenő adata a csillagkörnyezetben lejátszódó energia- és izotóptermelő folyamatok hatáskeresztmetszete. A nukleáris asztrofizika szempontjából fontos hatáskeresztmetszetek meghatározása azonban rendkívül nehéz. A Nap belső hőmérséklete magfizikai szempontból alacsony: a részecskék tipikus mozgási energiája körülbelül 1 kiloelektronvolt, míg a gyorsítókban általában millió elektronvoltos mozgási energiára tesznek szert a gyorsított részecskék. A nehézségeket fokozza, hogy a töltött részecskék ütközése során lejátszódó magfolyamatok valószínűsége a Coulomb-gát taszító hatása miatt exponenciálisan csökken az energiával (hőmérséklettel), ennélfogva a napbeli "alacsony" hőmérsékleten a reakciók hatáskeresztmetszete nagyon kicsi. Ezért lehetséges, hogy a Nap évmilliárdokig képes égni. A szupernóvák felrobbanásakor a hőmérséklet elegendően magas, hogy szokásos gyorsítókkal elvileg tanulmányozhatók a folyamatok, és azok hatáskeresztmetszete is a jól mérhető tartományban van. Ebben az esetben azonban a reakciókban olyan rövid élettartamú izotópok vesznek részt, melyeket csak kis intenzitással, a következő fejezetben részletezett radioaktív nyalábként állíthatunk elő.

A rendkívül kis valószínűséggel lejátszódó reakciók tanulmányozása különleges technikai fejlesztéseket igényel. Nagyáramú gyorsítók épültek, nagytisztaságú gáz-céltárgyakat telepítettek, és az észlelési technika is jelentősen fejlődött. E fejlesztések ellenére sem sikerült azonban hosszú évtizedek során elérni azt, hogy egyensúlyi állapotban levő csillagokban lejátszódó töltöttrészecske-reakciókat pontosan abban az energiatartományban vizsgáljunk, amely a csillag hőmérsékletének felel meg. Helyette magasabb bombázóenergián történtek és történnek mérések, az eredményekből pedig extrapolációval következtetünk a valóságban lejátszódó folyamatokra. Minél messzebbre kell azonban extrapolálni, annál nagyobb annak bizonytalansága, ezért a mérések célja az egyre alacsonyabb energiák elérése, ami egyre jobb (bonyolultabb, drágább) kísérleti technikát igényel.

Néhány esetben a megoldatlan kísérleti probléma "csak" az maradt, hogy a korábbi fejlesztések sem csökkentették kellően alacsony szintre a kozmikus sugárzás okozta zavaró hátteret. A kozmikus háttér megfelelő kiküszöbölésének módját a neutrínófizikusok már jó ideje kidolgozták. A neutrínók igen gyengén hatnak kölcsön mindenféle anyaggal, például egy Nap által kibocsátott neutrínók többsége megtenné a Föld-Nap távolságot ólomban is anélkül, hogy egyetlen ütközést szenvedne. A neutrínók detektálása anyaggal való kölcsönhatásuk észlelésével lehetséges, de az annyira ritka, hogy a reakciótermékek teljesen elvesznek a kozmikus sugárzás hátterében. A kozmikus neutrínók detektálása tehát már évtizedekkel korábban hasonló problémákba ütközött, mint a mai nukleáris asztrofizikai kutatások. A megoldás föld alatti laboratóriumok telepítése volt, hiszen a néhány km vastagságú kőzetek több nagyságrenddel csökkentik a kozmikus sugárzás intenzitását. A neutrínóészlelés problémája esetén a föld alatti laboratóriumot árnyékoló kőzet a kozmikus sugárzásból a neutrínókon kívül mindent kiszűr, és a feladat "csupán" a neutrínó detektálása marad. A föld alatti magreakció-vizsgálatoknál a kőzet szintén megfelelő árnyékolást nyújt, azonban a vizsgálandó anyagot nekünk kell odavinni, azaz a föld alá részecskegyorsítót kell telepítenünk. Természetesen itt sem maradhat el a detektálás megoldása. Az 1990-es években egy ilyen kisenergiás gyorsító (LUNA: Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics) épült az olaszországi Appeninek Gran Sasso csúcsa közelébe telepített föld alatti laboratóriumban (www.lngs.infn.it).

Egy részecskegyorsító föld alá telepítése nem egyszerű feladat, nem véletlen, hogy mai napig ez az egyetlen ilyen típusú berendezés a világon. 1996-ban jelent meg az első eredmény, a Napban lejátszódó egyik reakció ³He(³He,2p)⁴He - hatáskeresztmetszetét sikerült valóban a Nap belső hőmérsékletének megfelelő energiáknál megmérni. A siker nyomán más reakciók tanulmányozása is elindult, és egy második, nagyobb energiát biztosító gyorsítót is sikerült föld alá telepíteni. A LUNA jelenleg német-olasz-magyar-portugál együttműködés, melyben Magyarországot az ATOMKI nukleáris asztrofizikai csoportja [5] képviseli.

A Napnál kissé nagyobb tömegű csillagok energiatermelésének egyik kulcsreakciója a folyamat. E reakció a gömbhalmazok életkorával is kapcsolatban van. A gömbhalmazokban található csillagok a Világegyetem legöregebb égitestjei, ezért életkoruk elegendően pontos meghatározása - a folyamat hatáskeresztmetszetének elegendően pontos mérésével - kiegészítené a Világegyetem korára vonatkozó más mérésekből leszűrt tapasztalatokat. Ebben a kísérletben a gyorsító protonnyalábja által keltett gamma-sugárzást kell detektálnunk. Azt tudjuk, hogy a kozmikus sugárzás okozta nagyenergiájú gamma-háttér nagymértékben lecsökken a föld alatt, de azt is tudjuk, hogy a kisenergiájú környezeti radioaktivitás egy másik forrását maguk a kőzetek jelentik, például kálium (⁴⁰K) tartalmuk miatt. Vajon a föld alatti kövek nem sugárzók? Természetesen igen, azonban az alkalmazott ólomárnyékolás jóval hatékonyabb a föld alatt, mint a földfelszínen mert a kozmikus sugárzás nagyenergiájú részecskéi nem kelthetnek másodlagos sugárzást a vastag ólomköpennyel ütközve.

Minél alacsonyabb laboratóriumi háttér a kitűzött cél, annál váratlanabb helyekről jöhet nem kívánt sugárzás. Maga az árnyékoló ólom is sugároz, sőt a sugárzást mérő detektor burkolata, és elektronikai egységei is. Érdemes a levegőt is kiszorítani a mérés környékéről, hogy csökkentsük a radonkoncentrációt. Már elkészült a prototípusa annak a detektornak, melynek germánium egykristálya folyékony nitrogénben úszik. A nitrogén, amelynek egyik szerepe a termikus zajt csökkentő hűtés, biztosítja azt is, hogy a detektor burkolata a benne nyomokban jelen lévő radioaktivitással együtt távolabb kerüljön a detektor érzékeny térfogatától.

A reakcióról nemcsak protonbesugárzással kaphatunk információt, hanem az ¹⁵O gerjesztett állapotainak vizsgálatával is. Ha az ¹⁵O atommag stabil lenne, gyorsítóval felgyorsíthatnánk olyan nagy energiára, hogy egy ólomcéltárgy elektrosztatikus terében az'S0 gerjesztett állapotai kialakulhassanak. Csakhogy az ¹⁵O felezési ideje néhány másodperces, úgyhogy ez a kísérlet csak álom volt egészen a kilencvenes évekig, a radioaktív iongyorsítók elterjedéséig. Mára ezt a kísérletet a japán Fizikai és Kémiai Kutatóintézetben (RIKEN) működő radioaktív nyalábot biztosító berendezésen RIKEN-ATOMKI együttműködésben megvalósítottuk, megmutatva, hogy a csillagokban rendkívül alacsony energián lejátszódó reakciók tulajdonságai egyes esetekben magas bombázóenergiák mellett is vizsgálhatók. Szépen példázza ez a mérés, hogy technológiai fejlesztésekkel egészen más irányból lehet egy folyamatot tanulmányozni.

A radioaktív nyalábok alkalmazása révén napjainkban reneszánszát éli a korábban már-már lezárt tudománynak tekintett alacsonyenergiás magfizika. A magfizika hőskorában a természetben előforduló stabil atommagok tanulmányozására koncentráltak a kutatók. Az izotópok neutronszám-rendszám grafikonjának átlójához közel van az úgynevezett stabilitási sáv, amelyhez mintegy 250 stabil mag tartozik. Az elmúlt fél évszázadban sikerült tanulmányozni számos radioaktív atommagot, melyek közel vannak a stabilitási sávhoz. Ma közel 2000 fajta izotópról van több-kevesebb kísérleti információnk. A stabilitási sávtól távol eső, becslések szerint további 5000 izotóp azonban még felderítetlen.

Az atommagok szerkezetének tanulmányozásában forradalmi változást ígér a radioaktív nyalábok előállítása és gyorsítóberendezésekben való használata. Nyalábként sok nagyságrenddel kevesebb atommag is elegendő, mint amennyire céltárgyként szükség van, így előállítása lényegesen egyszerűbb.

Az elmúlt évtized technológiai fejlesztéseinek köszönhetően a radioaktív nyalábok segítségével a magtérkép hatalmas új területei válnak vizsgálhatóvá. A magfizikai kutatás a természet törvényei felfedezésének egy új szintjéhez érkezett. Ezekkel az új radioaktív nyalábokkal sok ezer mindeddig ismeretlen egzotikus atommag tulajdonságait térképezhetjük fel. Tanulmányozhatjuk azokat a magreakciókat is, amelyek segítségével a csillagok és szupernóvák belsejében létrejöttek az általunk ismert kémiai elemek.

A jelenlegi legnagyobb radioaktívnyaláb-gyárak Németországban a darmstadti GSI-ben, Franciaországban a caeni GANIL-ban, az USA-ban a michigani NSCL-ben, Japánban pedig a Tokió melletti RIKEN-ben vannak. Az ATOMKI munkatársai az elmúlt években e laboratóriumok többségével gyümölcsöző kapcsolatokat alakítottak ki, és új módszereket dolgoztak ki az atommagok szerkezetének tanulmányozására.

Európában a közeljövő legnagyobb nemzetközi magfizikai beruházása a darmstadti GSI-ben lesz. Az új berendezés öt különböző területen tesz majd lehetővé magfizikai kutatásokat és ezzel az európai magfizikai vizsgálatok központjává válik: a) rövid élettartamú radioaktív izotópok tanulmányozása b) a hadronok szerkezetének a vizsgálata, c) a nagysűrűségű hadronikus anyag tanulmányozása atommag-atommag ütközésekben, d) a nagysűrűségű plazmaállapotú anyag tanulmányozása, e) a nagyon erős elektromágneses terek kvantumelektrodinamikájának vizsgálata. Debreceni részvétellel ezen berendezésen is tervezünk egzotikus atommagokra vonatkozó további vizsgálatokat.

Az alapkutatások gyakorlati hasznosulása sosem látszik a kutatás pillanatában. Az ismertetett kutatásokra ez tökéletesen igaz. Felmerül tehát, érdemes-e ilyen költséges nemzetközi tevékenységben részt vállalni. A válasz egyértelmű igen. A bemutatott példában az anyag legkisebb építőköveinek igen nehezen tanulmányozható tulajdonságait vizsgáltuk. Ha az ókori görögök megengedhették maguknak, hogy erőforrásaik egy részét az anyag végső szerkezetének megértésére áldozzák, akkor a modern társadalomnak is kell lennie erre tartaléka. A válasz ezen túlmenően azért is pozitív, mert az ilyen kísérleti feladatok kivétel nélkül mindig rendkívüli belelátást, újítókészséget kívánnak, és olyan új eljárások, technológiák, berendezések fejlesztéséhez vezetnek, amelyek később általában széles társadalmi hasznosulást nyernek. Örömünkre szolgál, és egyben büszkék is vagyunk, hogy az ATOMKI ezeken a területeken a világ tudományos térképének jegyzett pontja.

Köszönetet mondunk az OTKA támogatásának (T38240 és T42733).

1. LOVAS REZSŐ - cikk e folyóiratszámban

2. DIENES BEATRIX: A kvantum-színdinamika színtöltéseinek és csatolásának egyidejű mérése a LEP OPAL-detektorával - PhD-disszertáció, Debreceni Egyetem, 2001

3. Fizikai Szemle 53/10 (2003)

4. M. HORI et al. - Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 123401

5. www.atomki.hu/atomki/VdG/astro.html

___________________________________

1. A CERN az ATOMKI-hoz hasonlóan szintén 2004-ben ünnepli fennállásának fél évszázados évfordulóját. 1954-ben Európai Magfizikai Kutatóközpontként alapították. Kutatási területei súlypontjának változása miatt az új évezredben átkeresztelték Európai Részecskefizikai Kutató központnak.

2. Tulajdonképpen a CPT-szimmetria gyengébb feltételekből belátható. Elegendő a kölcsönhatások lokális jellegét és az oksági viszonyok fennállását feltételezni.

3. Homogén, B nagyságú mágneses mezőben a mező irányára merőleges v sebességgel haladó, q töltésű részecskére állandó B v q nagyságú Lorentz-erő hat, amely mind a mezőre, mind a sebességre merőleges, ezért teljesül az egyenletes körmozgás dinamikai feltétele. Az r sugarú körpályán való keringéshez szükséges v²/r nagyságú centripetális gyorsulást a Lorentz-erő okozza, ezért Newton II. törvénye alapján m v²/r = B v q. Ebből az egyenletből az szögsebességre B q / m adódik. Így az ciklotronfrekvencia egyenesen arányos a q / m hányadossal,

4. A hiperfinom felhasadást az antiproton pályaperdületéhez és az elektron spinjéhez tartozó mágneses dipólmomentumok kölcsönhatása okozza.