A sötét fotonra utaló jeleket figyeltek meg Debrecenben

A szögkorrelációk elvileg jól leírhatók egy sima lefutású görbével. A ⁸Be 18.15 MeV-es átmenete esetén azonban nagy szögeknél szignifikáns, csúcsszerű eltérést tapasztaltak, amit a jelenlegi magfizikai ismeretek alapján nem lehet értelmezni. Ugyanakkor összhangban van egy új, kis-tömegű semleges részecske feltételezésével, aminek a tulajdonságai jól egyeznek az elméletileg várható sötét fotonéval.

Csillagászati megfigyelések alapján a Világegyetem gravitáló tömegéhez ötször nagyobb járuléka van az olyan anyagi részecskéknek, amelyeket még nem sikerült felfedezni (sötét anyag), mint azoknak, amelyeket ismerünk (látható anyag). A sötét anyagnak jelenleg csak a gravitációs, vonzó hatását ismerjük. Ezen láthatatlan anyag építőköveinek azonosítása jelenleg a nagyenergiás fizika egyik legégetőbb problémája, de az óriási erőfeszítések ellenére eddig még nem sikerült pozitív eredményeket elérni. A konkrét eredmények helyett csak a kihívás erősödött, és az a tudat, hogy a természet még igen sok felfedezni valót rejtegethet.

A sötét anyagra vonatkozó korábbi elméletekben központi szerepet játszottak a gyengén kölcsönható nagy tömegű részecskék, a WIMP-ek. Ezek kimutatása azonban mindezidáig nem sikerült, így a kutatások élvonala a kisebb tömegek irányába tolódott el. Jelenleg már nagy mennyiségű elméleti előrejelzés áll rendelkezésünkre ezen kisebb tömegű részecskékre is. A részecske tömegét azonban ezek csak gyengén korlátozzák, ezért a kísérleti vizsgálatokat egy nagyon széles energiatartományban, 10 MeV-től- 1 GeV-ig kezdték el. Tűt keresünk a szénakazalban. Igaz, hogy már az energiatartomány jelentős részét ki is zárták, de még mindig sok kísérletet terveznek a világ nagy laboratóriumaiban a lehetséges részecske kimutatására.

A sötét anyag részecskéi közötti kölcsönhatás leírására vezették be – az elektromágneses kölcsönhatás közvetítő részecskéjének az analógiájára – az úgynevezett sötét fotont, aminek a keresése az utóbbi években egyre nagyobb erőkkel folyik. Az elmélet szerint a sötét foton gyengén ugyan, de kölcsönhatásban áll a látható világunkkal is. Lehetséges-e, hogy a fenti kapcsolatot megteremtő részecske tömege elegendően kicsi ahhoz, hogy atommag átmenetekben is előállíthassuk? Jelenleg ezt a lehetőséget sem kísérleti adatok, sem elméleti becslések nem zárják ki. Ez volt az indítéka annak, hogy a debreceni kutatók az Atomkiban, Krasznahorkay Attila vezetésével, kutatási programot indítottak a fenti részecske keresésére.

Az atommag legerjesztődésekor keletkező elektron-pozitron párok szögkorrelációját vizsgálták. A debreceni kutatók egy olyan új elektron-pozitron pár-spektrométert építettek, aminek a hatásfoka nagyságrendekkel jobb a korábbi, hasonló berendezésekénél. Ezzel a spektrométerrel a vizsgált szögkorrelációban a belső párkeltésből várt eloszláshoz képest, egy speciális nagy energiájú magátmenet esetén, szignifikáns, csúcsszerű eltérést tapasztaltak. Ezt jelenlegi ismereteink szerint nem tudjuk magfizikai eredetűként értelmezni. A szögkorrelációban kapott csúcs viszont értelmezhető egy 16,7 MeV/c² tömegű, és az adott magátmenet jellemzői miatt, 1-es spinű, pozitív paritású, izoskalár, semleges részecske bomlásával, aminek a kísérletileg meghatározott csatolási állandója is jól egyezik a sötét fotonra előrejelzettel.

A méréseket az Atomki nemrég átadott Tandetron gyorsítójánál egy új elektron-pozitron spektrométer segítségével fogják folytatni. A programot a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal, valamint az Európai Unió is támogatja az ENSAR program keretében.

Az eredményeket bemutató szakcikk ide kattintva olvasható.