Az a baj a fénnyel, ha önmagával ütközik

Megszületnek a kísérteties részecskék

Nem elhanyagolható tényező, hogy a kvantumfizika egészen más képet fest: bizonyos körülmények között két foton képes egymásra hatni, amelynek eredményeként rövid időre úgynevezett virtuális részecskék jelennek meg – mintha a semmiből bukkannának elő, majd azonnal el is tűnnek. Ezt fény-fény szórásnak (light-on-light scattering) hívják, és ennek jeleit már kimutatták a CERN nagy részecskegyorsítójában. Az ilyen kölcsönhatások során virtuális részecskék jönnek létre, amelyek bár közvetlenül nem detektálhatók, a valós részecskékre, például a muonokra mérhető hatást gyakorolnak. Pontos megértésük elengedhetetlen a mai részecskefizikai kísérletekhez, különösen a muonok mágneses tulajdonságainak vizsgálatához.

Amikor a fényből új részecskék lesznek

A foton-foton kölcsönhatás révén például átmenetileg elektron–pozitron pár keletkezhet, amelyek aztán ismét annihilálódnak, és új foton keletkezik. A kép még bonyolultabbá válik, amikor nehezebb, erősen kölcsönható részecskék, például mezonok (kvark–antikvark párok) is megjelennek a folyamatban. A Bécsi Műszaki Egyetem kutatói rávilágítottak, hogy különösen a tenzor mezonok szerepét eddig rendszeresen alábecsülték. Mindezek dacára kiderült, hogy hatásuk nemcsak erősebb, mint gondolták, hanem épp ellenkező irányba is hat a végső eredményekre, vagyis szemben áll a korábbi feltételezésekkel.

Holografikus módszer, új megoldások

A témában végzett klasszikus számítások sokszor csak közelítően írják le, hogyan hat egymásra két kvark rövid távon. Ezért a TU Wien kutatói egy merőben eltérő eljárást választottak: a holografikus kvantumkromodinamikát. Ez a trükk lényegében azt jelenti, hogy a négy dimenziós (tér és idő) folyamatokat öt dimenziós, gravitációt is tartalmazó térbe helyezik át. Így bizonyos kérdések egyszerűbben oldhatók meg, majd a válaszokat visszavetítik a hagyományos téridőbe. A tenzor mezonokat itt az ötdimenziós tér gravitációs részecskéire, azaz gravitonokra képezték le, ami Einstein elmélete szerint jól számolható. Az így kapott szimulációk és analitikus eredmények kiválóan egyeznek – így arra lehet következtetni, hogy a mezonokra irányuló jövőbeli kísérletek is lendületet kaphatnak.

A Standard Modell újabb vizsgája

A fény-fény szórás, különösen a muonok mágneses momentuma kulcsfontosságú a részecskefizika nagy kérdése szempontjából: megfelelően írja-e le világunkat a Standard Modell, vagy csak új fizika tudná betömni a réseket? Bár korábban jelentős eltérést tapasztaltak a mért és jósolt muon-mágnesesség között, ez mára csökkent, de minden apró bizonytalanságot rendkívül pontosan kell ismerni. Az új eredmények ehhez a precizitáshoz visznek közelebb – hátha épp egy ilyen apróság mutat túl a már ismert fizika határain.

2025, adminboss, www.sciencedaily.com alapján