Fizika

A CERN közleménye szerint az intézet két kísérleti projektje, az ATLAS és a CMS most közösen találta meg a bizonyítékot arra a ritka folyamatra, amely során a Higgs-bozon egy Z-bozonra (vagyis a gyenge kölcsönhatás elektromosan semleges közvetítőjére) és egy fotonra (vagyis az elektromágneses kölcsönhatás közvetítőjére) bomlik. Ez a felfedezés a kutatók szerint bizonyítékot szolgáltathat olyan részecskék létezésére, amelyeket nem jósol meg a részecskefizika standard modellje. A bemutatott folyamat során a Higgs-bozon nem bomlik közvetlenül a nevezett részecskékre, hanem a bomlás úgynevezett virtuális részecskék köztes hurokjain keresztül megy végbe, amiket nem lehet közvetlenül kimutatni. Ezek a virtuális részecskék tartalmazhatnak új, még fel nem fedezett részecskéket, amelyek kölcsönhatásba lépnek a Higgs-bozonnal.

https://qubit.hu/2023/05/30/attores-a-nagy-hadronutkoztetoben-eloszor-eszleltek-a-higgs-bozon-ritka-bomlasat

A Higgs mező tömeget létrehozó mechanizmusa.

A kvantummező elmélet.

Az ATOMKI kutatóinak közreműködésével egy nemzetközi kutatócsoport kimutatta a négy neutronból álló, proton nélküli atommag létezését. A Nature folyóiratban publikált eredmények segítenek jobban megérteni az atommagokat összetartó erős kölcsönhatást és a neutroncsillagokban működő erőket – közölte az Eötvös Loránd Kutatási Hálózat (ELKH). A közlemény szerint a debreceni ELKH Atommagkutató Intézet (ATOMKI) munkatársainak részvételével végzett kísérletek során a kutatók úgynevezett hiányzótömeg-spektroszkópia alkalmazásával kimutatták, hogy létezik négy neutronból álló, pozitív töltésű proton nélküli "atommag", vagyis tetraneutron. Eszerint tehát nemcsak a gravitációs, hanem az atommagot alkotó protonok és neutronok között fellépő erős kölcsönhatás is képes összetartani tiszta neutronanyagot.

Mint írják, az anyagi világ egykor legkisebbnek gondolt építőkövei az atomok, amelyekről a 20. század folyamán kiderült, hogy tovább oszthatók: a pozitív töltésű protonokból és semleges neutronokból álló atommagot a negatív töltésű elektronok felhője veszi körül. Az atommagfizika egyik régóta megválaszolatlan kérdése a töltés nélküli magfizikai rendszerek keletkezésére vonatkozik, vagyis hogy létezhet-e atommag pozitív töltésű proton nélkül. Tisztán neutronokból álló rendszerek mai tudásunk szerint csak neutroncsillagokban keletkezhetnek, ahol a neutronok sokaságát a gravitáció tartja össze és préseli nagy sűrűségű anyaggá. Elméleti számítások egy része szerint létezhet tetraneutron, azaz mindössze négy neutronból álló rendszer, azonban számos elméleti fizikus az ilyen struktúra létezésének lehetőségét elvetette. A kísérletek célja ennek az ellentmondásnak a feloldása volt. Az ATOMKI munkatársainak részvételével zajló kísérletsorozat eredményei alapján a kutatók kimutatták, hogy ha csak nagyon rövid ideig is, de létezik a tetraneutron.

A kísérleteket a feladat nagysága miatt két nagy kollaboráció összefogásával, a japán RIKEN kutatóintézetben végezték. Az ATOMKI kutatói a kísérletekben alkalmazott mérőberendezések, elsősorban a neutrondetektor összeállításában és működtetésében vettek részt, mindkét együttműködés tagjaként. A tetraneutron létezésének kimutatása és életidejének pontos meghatározása kulcsfontosságú az atommagot alkotó protonok és neutronok között fellépő, azokat összetartó erős kölcsönhatás tulajdonságainak jobb megértéséhez, és további ismereteket nyújt a neutroncsillagokban működő erőkről. A válaszok pontosítása céljából a kutatók további kísérleteket és méréseket terveznek - áll a közleményükben.

https://parallaxis.blog.hu/2022/07/28/ertelmezzuk_ujra_amit_az_atommagrol_tudtunk

A kozmológiai elméletek vitatott kérdése, hogyan vált uralkodóvá az anyag az antianyag felett, A részecskefizika Standard Modellje szerint az elemi objektumokra vonatkozó bomlási és képződési szabályok nem különböznek az anyaginak és antianyaginak tekintett részecskék esetén. Amikor nagy energiájú sugárzás részecskepárokat hoz létre, például elektront és pozitront, vagy protont és antiprotont, a két részecske száma kötelezően egyenlő. Az egyenlőségi szabály vonatkozik az annihilációra is: mindig azonos számú elektron és pozitron, illetve proton és antiproton semmisíti meg egymást a szétsugárzás folyamán. Az anyag domináns szerepének értelmezéséhez ezért fel kell tételezni, hogy a képződő elemi objektumokra vonatkozó egyenlőség csak statisztikai értelemben igaz. A statisztikai véletlen szabályozza a kvantumfolyamatokat, emiatt bár a részecskék egyenlő valószínűséggel képződnek a valószínűség ingadozási szabálya miatt hol az egyik, hol a másik ideiglenesen többségbe kerülhet. Az univerzum ősi forró állapotából való lehűlés lehetővé tette a részecske képződést, melynek során az anyagtípusú részecskék, így a protonok és elektronok kis többsége alakulhatott ki a statisztikai ingadozás következtében. Amikor viszont beindult a nagy „leszámolás”, és a részecskék és antirészecskék „felfalták” egymást, az anyagi típusú részecskék pillanatnyi többsége megőrződött. Az akkori csekély többség alkotja jelenleg az univerzum több milliárd galaxisának anyagát.

Vessük fel a kérdést: emlékeztet-e bármi is az akkori univerzumra, ahol a részecskék és antirészecskék statisztikai egyensúlyban voltak, vannak-e jelenleg is ilyen objektumok? Két olyan különös objektumról beszélhetünk, ahol az anyagi és antianyag jelleg egyensúlyban van. Az egyikbe tartoznak bizonyos egzotikus atomok, a másiknak felelnek meg a mezonok az elemi részecskék közül. Ilyen egzotikus atom a pozitronium, amelyben egy pozitron és egy elektron „kergeti” egymást. A mozgás úgy történik, hogy a két részecske időnként összeér a felező ponton, majd szétválnak a pozíciók, miközben a mozgás iránya mindig azonos marad. Tánchasonlattal élve a két részecske nem körtáncot lejt, hanem a szvingnek megfelelő mozgást hajt végre. De milyen hosszú ideig tart az elektron és pozitron együttélése? A válasz megadásához tudni kell, hogy kétféle pozitronium létezik. Ennek oka, hogy az elektronnak és pozitronnak perdülete, spinje van, az elektron-pozitron kontaktusok gyakoriságát összevetve, azt kapjuk, hogy az egyik esetben millió, a másikban milliárd kontaktus szükséges az annihiláció bekövetkezéséhez, vagyis az annihiláció erősen spin függő jelenség. A másik példa a mezonok esete. Ezek összetevői a kvarkok, melyek között egyaránt vannak anyagi és antianyagi részecskék is. A mezonokat mindig egy anyagi és egy antianyagi kvark építi fel, ez biztosítja, hogy a mezon töltése csak az elemi töltés egészszámú többszöröse lehet. A mezonok családjának leghosszabb élettartamú és legkisebb tömegű tagja a pion, vagyis a pi mezon, ami élettartama rendkívül hosszú (12ns) a többi mezonhoz képest.

Az anyag dominanciájának képviselői a fermionok, mégpedig a három kvarkból, vagy antikvarkból felépülő barionok. Legfontosabb képviselőjük a két nukleon, a proton és neutron, melyek az up és down kvarkokból épülnek fel. Ezek alkotják a periódusos rendszer mintegy 100 elemét és építik fel az univerzum anyagi világát. Ezekben a hármas kombinációkban soha sincs együtt anyag és antianyag. Az anyag dominanciáját tehát a kvarkok hármas összefogása teremti meg.

https://afizikakalandja.blog.hu/2022/07/22/miert_dominal_az_anyag_az_antianyag_felett_832

A világ legnagyobb részecskefizikai laboratóriuma, a svájci CERN szinte minden új kísérletével felülírja a azt, amit az univerzumról tudunk: az intézet kutatói ezúttal három, korábban soha nem észlelt szubatomi részecskét fedeztek fel a Nagy Hadronütköztető (LHC) nevű részecskegyorsítóval végzett kísérlet során. A CERN kutatói most azt közölték, hogy egy újfajta pentakvarkot és a legelső észlelt tetrakvark-párt fedeztek fel az LHCb nevű kísérletben, így három új taggal bővült az LHC-ben azonosított hadronok listája. Ezek segítenek a fizikusoknak, hogy jobban megértsék, hogyan kapcsolódnak össze a kvarkok összetett részecskékké.

A kvarkok olyan elemi részecskék, amelyek kettes-hármas csoportokban egyesülnek, és olyan hadronokat alkotnak, mint például az atommagokat alkotó protonok és neutronok. Ritkább esetben viszont négy vagy öt kvark is egyesülhet, így tetra- és pentakvarkok keletkeznek – ezeket a kutatók gyakran egzotikus hadronoknak is nevezik. „A felfedezések olyan korszakának vagyunk tanúi, mint az 1950-es években, amikor elkezdték felfedezni a hadronok részecske-állatkertjét, ami végül a hagyományos hadronok kvarkmodelljéhez vezetett az 1960-as években. Most a részecske-állatkert 2.0-t hozzuk létre” – idézi a Reuters az LHCb kísérleten dolgozó fizikust, Niels Tuningot.

https://qubit.hu/2022/07/05/felfedeztek-harom-uj-egzotikus-reszecsket-a-cern-nagy-hadronutkoztetojenek-kiserleteben

A kvantummechanika vizualizációja.

A Standard modell bemutatása látványos animációval.

Három év kényszerszünet után pénteken újraindítják a Nagy Hadronütköztetőt (LHC), a svájci CERN 2008-ban átadott részecskegyorsítóját, amelynek egyből fontos feladata lesz: bebizonyítani, hogy a tavaly márciusban tapasztalt rejtélyes mérési anomália valóban egy ötödik alapvető természeti erő (vagy kölcsönhatás) létezésére utal. Ha sikerülne a bizonyítás, akkor a Higgs-bozon felfedezése után tíz évvel ez lenne az LHC második szenzációs eredménye. De van egy óriási különbség a mostani feladat és az eddig elért eredmények között: míg idáig minden, amit az LHC-ben felfedeztek, megfelelt a részecskefizika irányadó elméletének, a Standard Modellnek, a tavalyi mérések a részecskék olyan viselkedését mutatták, amely nem magyarázható a köztudottan hiányos (például a sötét anyag természetére választ adni képtelen) modellel.

Az LHCb részecskedetektor kísérletében az úgynevezett bottom kvarkok (vagy b kvarkok) bomlását vizsgálták. Ezeknek a részecskéknek az elmélet szerint azonos arányban kellene elektronokra és müonokra lebomlaniuk, ám a mérés azt mutatta, hogy 15 százalékkal ritkábban alakultak át müonokká, és ez arra utal, hogy egy ismeretlen tényező játszik közre a folyamatban – például egy új kölcsönhatás. „Nagyon nagy a tét. Ha ezt sikerül megerősítenünk, akkor olyan forradalom lesz [a fizikában], amilyet még nem láttunk, az én életemben biztosan. Nem lenne jó elszúrni” – mondta a Guardiannek Mitesh Patel, az Imperial College London részecskefizikusa, aki a tavalyi méréseket jelentő kutatócsoportot is vezette. Mielőtt az LHC-t 2018-ban felújítás miatt lekapcsolták, Patel csapatának sikerült elég adatot gyűjteni ahhoz, hogy körülbelül egy az ezerhez eséllyel lehessen csak feltételezni, hogy véletlen jött ki az eredmény, de ez még nem elég: a részecskefizika aranyszabálya szerint egy a 3,5 millióhoz esélynél lehet megbízhatónak nevezni egy ilyen eredményt, ekkor lehet kikiáltani a felfedezést. Az LHC visszatérését sokan várták már, és a várakozást csak fokozták az olyan, a standard modellen túl létező fizikai jelenségekre utaló eredmények, mint például amire az amerikai Fermilab is jutott idén. „Úgy tűnik, mostanra összegyűltek az elvarratlan szálak” – mondta Jon Butterworth, a University College London professzora, aki az LHC Atlas kísérletén dolgozik. Szerinte az sem lenne kudarc, ha az LHC nem jutna a standard modellen túlmutató eredményre, legfeljebb egy kis dilemmát okozna, hogy akkor mégis mi okozza az anomáliát.

https://qubit.hu/2022/04/22/harom-ev-utan-ujraindul-a-nagy-hadronutkozteto-hogy-bizonyitsa-az-otodik-alapveto-ero-letezeset

Jelentős hibái lehetnek annak a modellnek, amit a fizikusok a világegyetem működésének leírására használnak – kiderült ugyanis, hogy egy alapvető részecskének nagyobb a tömege, mint azt a tudósok korábban gondolták. Egy kísérletsorozatban tíz éven át ütköztettek részecskéket, és 4 millió W-bozon tömegét mérték meg – ezek a szubatomi részecskék felelnek az atomok középpontjában lévő alapvető erőért, és csak a másodperc töredékéig léteznek, mielőtt más részecskékre bomlanak. A közel 400 kutatóból álló csoport a Science-ben tette közzé a fizika világát várhatóan felforgató eredményt, amit a tudósok szerint egy újabb kísérlettel kell megerősíteni, és ha az is hasonló eredményt hozna, az hatalmas fejtörést okozhat a kutatóknak a kozmosz részletes szabálykönyvével, az úgynevezett standard modellel kapcsolatban. A kísérlet projektvezetője és a Duke Egyetem fizikusa, Ashutosh V. Kotwal szerint a felfedezés nagyjából olyan, mintha kiderülne, hogy van egy rejtett szoba a házunkban.

A kutatók azt feltételezik, hogy egy olyan ismeretlen részecske adhat magyarázatot a tömegkülönbségre, amely kölcsönhatásba lép a W-bozonnal, de akár az univerzum nagy rejtélye, a sötét anyag is szerepet játszhat a folyamatban – de az sincs kizárva, hogy a fizika egy teljesen új területét nyitották meg a felfedezéssel. A standard modell szerint a W-bozon tömegének 80 357 000 elektronvolt körül (plusz-mínusz 6000) kellene lennie, míg a Fermi kutatói 80 433 000 elektronvoltot (plusz-mínusz 9000) mértek, ami nem tűnhet nagy különbségnek, de a szubatomi világban ez hatalmas eltérés. Az eddig is világos volt, hogy a standard modell nem tökéletes, hiszen például a sötét anyagra vagy a gravitációra nem nyújt elégséges magyarázatot. Ettől függetlenül ez a legfontosabb modern magyarázata az univerzum működésének. „A természetnek vannak tényei. Mi a standard modellen keresztül értjük meg ezeket a tényeket” – mondta Kotwal. Ha a kutatóknak változtatni kell a modellen, hogy megmagyarázzák a W-bozon különös eredményeit, akkor arról is meg kell győződniük, hogy ez nem dobja ki az egyensúlyából azokat az egyenleteket, amelyek más részecskéket és kölcsönhatásokat helyesen magyaráznak és jósolnak meg. Abban a kísérletet kommentáló minden fizikus egyetért, hogy a Fermi kutatói a szakma legjobbjai közé tartoznak, így eredményeiket komolyan kell venni, de mindenképpen szükség van egy, az ő méréseiktől független újabb kísérletre, hogy megbizonyosodjanak az anomália tényéről.

https://qubit.hu/2022/04/08/atirhatja-az-univerzum-elmeletet-egy-friss-reszecskekiserleti-eredmeny-amely-sokkolta-a-fizikusokat

Az ELTE kutatói Amerika legnagyobb részecskegyorsítójában, a New York-i Relativisztikus Nehézion-ütköztető (Relativistic Heavy Ion Collider, RHIC) STAR kísérletében vesznek részt – tájékoztatta az egyetem az MTI-t csütörtökön. Mint az ELTE közleményében olvasható, az Ősrobbanás utáni első ezredmásodperc anyagát, a kvark-gluon plazmát tanulmányozó RHIC részecskegyorsító 2022-ben az egyforma irányba forgatott perdülettel rendelkező protonok ütközéseit vizsgálja, hogy az alkotóelemek szerepének régóta keresett titkát megfejthessék. Az ELTE kutatói többek között az adatfelvételbe csatlakoztak be.

A Relativisztikus Nehézion-ütköztető több kilométeres gyűrűiben hatalmas energiára gyorsított atommagokat ütköztetnek egymással. Nagy atommagok (nehézionok) ütközésekor az őket alkotó protonok és neutronok megolvadhatnak, egy új, utoljára a világegyetem születésekor jelenlévőhöz hasonló közeget, a kvark-gluon plazmát, avagy kvarkanyagot létrehozva. Mint írják, a RHIC 2022-ben polarizált (azaz egyirányba forgatott perdületű) protonok ütközéseit vizsgálja. Ehhez igen különleges berendezésekre van szükség, többek között úgynevezett szibériai kígyókra, amelyek be tudják forgatni a protonok perdületét a megfelelő irányba. Ha látják a kutatók, hogy a protonok ütközése során merre repülnek ki a részecskék, akkor fény derül arra, hogy a proton alkotóelemei hogyan járulnak hozzá a teljes proton perdületéhez - ami egy lassan száz éve fennálló rejtély.

Az ELTE-csoport az Event Plane Detektor (Eseménysík Detektor) beüzemelésében is részt vett, ez volt az új fejlesztések első lépcsője. A továbbiakban az adatok elemzését végzik, különös tekintettel a femtoszkópiai mérésekre. "Érdekes és fontos időszak ez a STAR kísérlet életében. Lezárult az erős kölcsönhatás fázisdiagramjának feltérképezésére irányuló adatfelvétel, és megkezdtük ezen adatok elemzését. Ezzel párhuzamosan pedig elindult a STAR előreszórást vizsgáló programja, amelynek során proton-proton és mag-mag ütközéseket is elemzünk majd. A RHIC előbbiben egyedülálló a világon: kizárólag itt tudják ultra-relativisztikus energiájú polarizált protonok ütközéseit vizsgálni. Nemsokára beindul a RHIC-nél az sPHENIX kísérlet is, az után pedig a gyorsító átalakítása következik, a távlati tervek középpontjában ugyanis egy elektron-atommag ütköztető megépítése áll" – számolt be a közleményben Csanád Máté, az ELTE Atomfizikai Tanszékének egyetemi docense, a RHIC-Magyarország kutatócsoport vezetője.

https://parallaxis.blog.hu/2022/02/20/amerika_legnagyobb_reszecskegyorsitojaban_dolgoznak_az_elte_fizikusai

Az egyelőre még az elméleti fizikusok számára is megfoghatatlan sötét anyag eredetére próbál magyarázatot adni egy új elmélet. Torsten Bringmann norvég asztrofizikus kutatócsoportjának a Physical Review Letters szaklapban nemrég publikált tanulmánya arra próbál elméleti magyarázatot találni, hogyan alakult ki az univerzumban a sötét anyag ma feltételezett sűrűsége. Elméletük szerint a világegyetem kialakulásának a hajnalán sokkal nagyobb volt a látható anyag részaránya az univerzumban, mint manapság, csakhogy a még újszülöttkorban lévő univerzum sötétanyag-részecskéi elképesztő sebességgel alakították át az anyagot sötét anyaggá. De akkor hogyan nem falta fel a látható anyagot afféle kozmológiai zombivá változtató sötétanyag az univerzumot? Itt jön képbe a tágulás: az elmélet szerint a világegyetemnek a fizikusok által tényként kezelt tágulása folyamatosan lassította és a mai napig is lassítja a sötét anyag térnyerését, így maradt meg az univerzum látható és a tudomány mai eszközeivel könnyebben vizsgálható része.

A rejtélyes sötét anyagról rendkívül kevés információ áll rendelkezésre, pedig az alkotja a világegyetem mintegy négyötödét. A legutóbbi időkig hallgatólagos megállapodás volt az elméleti fizikusok körében, hogy a sötét anyag az ősrobbanás melléktermékeként jött létre. Ezt az elképzelést forgatta fel nemrégiben Tommi Tenkanen finn elméleti fizikus teóriája, miszerint a rejtélyes sötét anyag nemcsak hamarabb jelent meg, mint ahogy az ősrobbanás végbement, hanem fontos szerepe is lehetett abban, miként találták meg helyüket az univerzumban a galaxisok. A sötét anyag gravitációs ereje ugyanis kulcsszerepet játszik a galaxisok kialakulásában, a galaxiscsoportok létrejöttében, valamint a látható anyag, például a csillagok és bolygók mozgásában is.

https://qubit.hu/2021/11/11/a-sotet-anyag-egy-uj-elmelet-szerint-mar-reg-felfalta-volna-a-vilagegyetemet-ha-az-nem-tagulna

A LIGO-Virgo-KAGRA Kollaboráció közzétette a fekete lyukak és neutroncsillagok összeolvadásainak eddigi legnagyobb katalógusát. Az ilyen eseményekből származó gravitációs hullámokból a nemzetközi kutatói együttműködés tagjai, köztük magyar kutatókkal, 35 új gravitációs hullámot észleltek a legutóbbi megfigyelési időszakban. Ezzel már 90-re nőtt az észlelt gravitációshullám-jelek száma. 2022 második felében kezdődhet az újabb, negyedik megfigyelési időszak, az eddigi három helyett már négy detektorral – derül ki az együttműködésben részt vevő ELTE LIGO-tagcsoportjának hétfői közleményéből.

A katalógus 2019 novembere és 2020 márciusa között megfigyelt eseményekkel bővíti a gravitációs hullámok listáját. Az észleléseket a két LIGO- és a Virgo-detektorral sikerült elérni. A 35 észlelt jelből 32 nagy valószínűséggel fekete lyukak összeolvadásából származott. Az összeolvadt fekete lyukak változatos méretűek voltak, a legnagyobbak tömege a Napunk tömegének 90-szerese volt. Az összeolvadásokból keletkezett fekete lyukak közül több is meghaladja 100 naptömegnyi méretet, így az úgynevezett köztes tömegű fekete lyukak közé sorolhatók. Az asztrofizikusok elméleti szinten már régóta foglalkoznak ezzel a típussal, de kísérleti bizonyíték csak a gravitációs hullámoknak köszönhetően született a létezésére. A legújabb észlelések megerősítik, hogy a fekete lyukaknak ez az új osztálya sokkal gyakoribb az univerzumban, mint korábban gondoltuk.

A gravitációs hullámok első, 2015-ös észlelése óta a megfigyelések száma robbanásszerűen emelkedik, mert a detektorok érzékenysége folyamatosan javul, többek között a megnövelt lézerteljesítmény és egy technológiai újítás, a préselt fény alkalmazásának köszönhetően. A harmadik megfigyelési időszakra az észlelések mindennapossá váltak: átlagosan heti rendszerességűek, de előfordul, hogy egyetlen nap alatt több eseményt is megfigyelnek a kutatók. Ahogy az észlelésének száma növekszik, az adatkiértékelő technikákat is fejlesztik, hogy az eredmények minél pontosabbak és megbízhatóbbak legyenek. A LIGO és a Virgo detektorai jelenleg fejlesztéseken mennek át a közelgő negyedik megfigyelési időszak előtt, amely várhatóan 2022 második felében kezdődhet el. Ehhez az időszakhoz már a japán KAGRA-obszervatórium is csatlakozni fog. A mélyen egy hegy alatt található KAGRA 2020-ban sikeresen teljesítette első megfigyelési időszakát, azonban még nem csatlakozott a LIGO és a Virgo közös megfigyeléseihez. Több detektorral az események égi pozíciójának meghatározása is pontosabb lesz.

https://telex.hu/tudomany/2021/11/08/gravitacios-hullamok-megfigyeles-eszleles-katalogus-fekete-lyuk-neutroncsillag-ligo-virgo-kagra

Utazás az atomok világába.

A standard modell alapfogalmai, a részecskék típusai és az alapvető kölcsönhatások illusztrált bemutatása.

Lassított felvételek a fény mozgásáról. A kamera 10 billió képet készített másodpercenként, a lassított felvétel néhány pikoszekundumot mutat egy másodperc alatt.

Ez a szerkezet nem az elektronok mozgását demonstrálja, de vizuális illusztrációként látványosan szemlélteti a részecskék spinjének avagy sajátperdületének a természetét.

Német kutatók megdöntötték a legalacsonyabb, laboratóriumban előállított hőmérséklet rekordját, amikor a mínusz 273,15 Celsius-foknál csak 38 billiomod fokkal melegebb mágneses gázt ejtettek egy 120 méter magas toronyba. A kutatók a kísérlet során az úgynevezett ötödik halmazállapot kvantumtulajdonságait vizsgálták. A Bose–Einstein-kondenzátum (BEC) nevű gázszármazék csak rendkívül alacsony hőmérsékleten létezhet. A BEC fázisban az anyag egyetlen nagy atomként kezd viselkedni, így a szubatomi részecskék mechanikája iránt érdeklődő kvantumfizikusok szívesen foglalkoznak vele. Ilyen alacsony hőmérsékleten rendkívül furcsa dolgok történhetnek. Egy 2017-es, a Nature Physicsben megjelent kutatás szerint a fény például folyékonnyá válik, és szó szerint beletölthetjük egy tárolóba. Egy ugyancsak 2017-es tanulmány szerint a szuperhidegre hűtött héliumnak megszűnik a súrlódása. És egy, a NASA Cold Atom Lab által végzett kísérletben a kutatók szemtanúi voltak annak, hogy egy atom egyszerre két helyen is létezhet.

A mostani kísérletben a tudósok mintegy százezer gáznemű rubídiumatomot ejtettek csapdába egy vákuumkamra mágneses mezejében. Ezután a kamrát az abszolút nulla Celsius-foknál kétezer milliomod fokkal magasabb hőmérsékletűre hűtötték; a NewAtlas cikke szerint ez már önmagában is világrekordot jelentett. A fizika határait feszegető tudósoknak azonban még ez sem volt elég: ők a mélyűri állapotokat is szimulálni szerették volna. Ezért a kísérlethez használt felszerelést átszállították a Brémai Egyetemre, ahol szabadesésű vákuumkamrában, a gravitációs mező ki- és bekapcsolása mellett tanulmányozhatták a tömegvonzás által nem befolyásolt Bose–Einstein-kondenzátumot. A kutatóknak ezzel a módszerrel sikerült a nullához közelíteniük a a 38 piktokelvin (egy Kelvin-fok harmincnyolcezer milliomoda) hőmérsékletű rubídiumatomok molekulamozgását.

https://qubit.hu/2021/10/15/megdolt-a-laboratoriumban-eloallitott-hideg-vilagrekordja

A Nature folyóiratban publikált képen "Schrödinger macskája" látható. Intenzív lézer-atom interakció hozta létre azt a szuperpozíciót ami ezt a Schrödinger macskája állapotot eredményezte.

Egyszerre két kutatásban sikerült bizonyítékot találni nemrég arra a különös anyagra, amit 1934-ben álmodott meg Wigner Jenő Nobel-díjas magyar fizikus. A Wigner-kristály kizárólag elektronokból áll, amelyek szokatlan mozdulatlanságba merevednek egy kétdimenziós, háromszögű rácsban. A Nature-ben publikált friss kutatásokban újszerű kísérleti módszer tette lehetővé a szenzációs felfedezést. Az egyik kutatócsoportban a kísérleti fizikusok és kémikusok olyan szendvicsszerű szerkezetet hoztak létre, amelyben elképesztően vékony félvezetőrétegeket választott ketté az elektronok számára áthatolhatatlan, tehát szigetelő réteg. A kutatók -230 Celsius-fokra hűtötték a félvezetőszendvicset, és az elektronok számát módosítgatták a két rétegben. A félvezetőrétegeket lézerfénnyel bombázva úgynevezett excitonokat hoztak létre, majd a fény elemzéséből kikövetkeztették, hogy ezek a kvázirészecskék a rendszerint szabadon áramló elektronokkal, vagy a Wigner-kristályba rendeződött elektronokkal léptek-e kapcsolatba. Ha a két rétegben az elektronok aránya a megfelelően alakult, összeállt a Wigner-kristály.

Mint kiderült, a zömmel harvardi kutatók nevéhez fűződő kutatásnak magyar társszerzője is van Zaránd Gergely elméleti fizikus személyében. A Nature-ben most publikált kísérletben a Wigner-kristály akkor állt elő, ha a két félvezetőrétegben az elektronok a megfelelő számban (úgynevezett mágikus arányban) helyezkedtek el. Ilyenkor mindkét félvezető rétegben létrejön egy kristályrács. A két rács „összekapaszkodik”, ha az elektronok 1:7, 1:1, 1:4 stb. arányszámban szerepelnek, a kutatók pedig anomáliát figyelnek meg a mérésekben. Ahhoz, hogy mindez elég meggyőző legyen, a kutatóknak mást is vizsgálniuk kell, például hogy hogyan olvad meg a kristály, és a kísérleteknek reprodukálniuk kell, ami a számításokban kijött, például hogy tényleg ott van-e az olvadáspont, ahol megjósolták – mondta Zaránd, a kvantum-fázisátalakulások szakértője. Az idei Nature-cikk első kéziratában például még nem szerepelt a mágikus arányok között az 1:3-nál jelentkező anomália, pedig az elméleti számítás szerint itt is látszania kellett volna a kristálynak. A kísérleti adatokban végül csak akkor jelentkezett a várt anomália, ha nagyon lehűtötték a mintát, és ez a mágikus arány végül csak a tanulmány függelékébe került bele. Az indirekt bizonyíték az elméleti számításokkal együtt azonban határozott bizonyságát adja a Wigner-kristály létrejöttének – mondta a fizikus.

Zaránd szerint ezt a kvantumfázist korábban mindenféle trükkökkel valósítottak meg, ahogy a tanulmányokban is felidézik: mágneses térrel, vagy úgy, hogy a héliumatomok felületén helyeztek el elektronokat. A kétdimenziós kvantumkristályt azonban most először hozták létre, ami valóban áttörés, igaz, egyelőre több az elméletben a kérdőjel, mint a válasz. A 2021-es kvantumkristályos kutatásokat a Quanta magazinnak nyilatkozó fizikusok azért is tartották jelentősnek, mert a nagyobb számú, egymással erős korrelációban lévő elektronokkal kapcsolatos problémák a fizika legnehezebben megválaszolható kérdései közé tartoznak, a Wigner-kristályról szóló mostani kísérletek pedig közelebb visznek a válaszokhoz.

https://qubit.hu/2021/09/10/magikus-aranyok-jellemzik-a-wigner-jeno-altal-1934-ben-megalmodott-kvantumkristalyt