Óriási áttörés küszöbén: az ismert világ teljesen megváltozhat

Nyitókép: AFP/VICTOR HABBICK VISIONS

A Koppenhágai Egyetem kutatói nagyléptékű antarktiszi kísérlet keretében bizonyítékot keresnek a gravitáció kvantumszintű létezésére. A neutrínók nyújthatnak választ, azon részecskék, melyek képesek háborítatlanul áthatolni a világűr mélységein – írja az Origo. 

A Déli-sark közelében, az IceCube Neutrino Observatory állomásnál elhelyezett több ezer detektor vizsgálja a neutrínókat, az elektromosan semleges és tömeg nélküli részecskéket. A Koppenhágai Egyetem Niels Bohr Intézetének kutatói módszertanukkal próbálják ellenőrizni a kvantumgravitáció hipotézisét. Ha valóban létezik kvantumgravitáció, az segíthet az atomfizika és a klasszikus fizika összeegyeztetésében, ami jelenleg két különálló ágban zajlik.

„A kvantumelmélet és a gravitáció egyesítése a fizika előtt álló egyik legjelentősebb megoldatlan kihívás. Nagy örömünkre szolgálna, ha ehhez mi is hozzá tudnánk járulni” – mondta Tom Stuttard, a Niels Bohr Intézet tanársegédje a Nature Physicsnek. A vizsgálat során több, mint 300 ezer neutrínó megfigyelését dolgozzák fel, amelyben amerikai kutatókkal működnek együtt.

Mi történik a neutrínókkal? 

„A földi légkörből származó neutrínóknak a külső űrből érkező testvéreikhez képest megvan az a gyakorlati előnye, hogy lényegesen gyakoribbak. Módszertanunk validálásához nagy számú neutrínó megfigyelésére volt szükségünk. Ezzel most elkészültünk, így készen állunk a következő fázisra, amikor már csakugyan a távoli űrből származó neutrínókat fogjuk vizsgálni” – mondta Stuttard. 

A neutrínók képesek hosszú távokat átszelni változatlan állapotban, ami fontos a kvantumgravitáció vizsgálatában. 

„Mivel a neutrínók nem rendelkeznek töltéssel, és tömegük is alig van, sem az elektromágneses mezők, sem az erős magerők nem zavarják őket, így több milliárd fényévet képesek utazni a világegyetemen át úgy, hogy állapotuk változatlan marad. A kulcskérdés az, hogy vajon tényleg teljesen változatlan marad-e a neutrínó, miközben ezeket az óriási távolságokat átszeli, vagy apró változások jeleit mégiscsak mutatja. Ha a neutrínók állapota – amiképpen azt sejtjük – csekély mértékben mégis megváltozik, az az első komoly bizonyítékot szolgáltatná a kvantumgravitáció létezése mellett” – hangsúlyozta. 

Pontosan mit keresnek a tudósok? 

Bár általánosságban részecskékként említjük a neutrínókat, valójában kvantummechanikai szempontból egy neutrínónak három különböző típusa van. Ezek az úgynevezett „ízek”: elektron, müon és tau. Az, hogy melyik „ízt” észleljük, változik a neutrínók útja során. Ezt az egyedi jelenséget neutrínó-oszcillációnak nevezzük, amely a kvantumkoherencia révén akár több ezer kilométeren át is megmaradhat.

„A legtöbb kvantumkísérletben a koherencia hamar megtörik. Az általános vélekedés szerint ennek nem a kvantumgravitáció az oka, hanem pusztán csak nagyon nehéz tökéletes körülményeket létrehozni a laboratóriumban. Például tökéletes vákuumot kellene teremtenünk, de néhány molekula mégis benn marad, és így tovább. A neutrínók viszont ebből a szempontból speciálisak, mivel egyszerűen nem hat rájuk a körülöttük lévő anyag. Ezért biztosak lehetünk benne, hogy ha koherenciatörést látunk, azt nem az emberkéz alkotta kísérleti körülmények tökéletlenségei okozzák” – fejti ki Stuttard.

„Bár kétségtelenül voltak olyan reményeink, hogy látunk majd a kvantumgravitációhoz kapcsolható változásokat, az, hogy egyelőre nem láttunk ilyeneket, egyáltalán nem jelenti azt, hogy nem léteznek. Amikor egy légkörben keletkezett neutrínót detektálunk az antarktiszi állomáson, az épp csak a Földön utazott át, vagyis nagyjából 12,700 kilométert tett meg, ami roppant kicsiny távolság azokhoz képest, amiket az Univerzum távoli sarkaiból érkező neutrínók átszelnek. A jelek szerint sokkal nagyobb távolságot kell utazniuk a neutrínóknak ahhoz, hogy ha csakugyan létezik a kvantumgravitáció, a hatása érzékelhetővé váljon” – érvelt Stuttard, újból hangsúlyozva, hogy a mostani tanulmány célja a metodika beállítása volt.

„Éveken át sok fizikus kételkedett már abban is, hogy egyáltalán kivitelezhető olyan kísérlet, amely a kvantumgravitáció létezését firtatja. Elemzésünk most megmutatta, hogy ez igenis lehetséges, és a csillagászati neutrínókkal végzett jövőbeni méréseinkkel, valamint az elkövetkező évtizedben várható, még pontosabb neutrínódetektorokkal felfegyverkezve valós reményünk lehet arra, hogy végre választ kapunk erre az alapvető kérdésre” – zárta le a tudós.