Kvantum részecskék

Valóban léteznek a misztikus kvázi részecskék?

Az atomot felépítő jól ismert részecskékről, mint például a protonról, vagy az elektronról a magfizika hajnalán még azt feltételezték, hogy ezek lehetnek az anyag legkisebb és ezért már tovább nem is osztható alkotórészei. A kvantumok birodalma ennél azonban sokkal összetettebb világ. A kvantumfizika ugyanis feltárta, hogy a részecskék mikrokozmoszában minden sokkal viszonylagosabb és kevésbé egyértelmű, mint az univerzum nagyobb léptékű világában. Kiderült, hogy az atommagot felépítő részecskék is kisebb anyagi egységekre bonthatók és az egyre fejlettebb mérési módszereknek köszönhetően az elemi részecskék száma folyamatosan gyarapodni kezdett. Az elemi részecskéknek egy olyan nehezen megfogható csoportját is felfedezték, amit kvázi részecskék elnevezéssel illettek a magfizikusok. Önként adódó kérdés, hogy ezek az elnevezésük szerint „kvázi” részecskék egyáltalán mennyiben tekinthetők létezőknek, illetve valódi részecskéknek? A kvázi részecskék, mint például a magonok, az angulonok, dropletonok és polaritonok megértésének egyik legjobb módja, ha először tisztázzuk, hogy mit is tekintünk részecskének. A részecskefizikában az elemi részecske fogalma kétféle értelemben használatos. Az általános definíció szerint elemi részecske alatt azokat a részecskéket értjük, amelyek – legalábbis a tudomány jelenlegi ismeretei szerint –, nem bonthatók tovább. A másik és kiterjesztőbb megközelítés szerint az elemi részecskék közé tartozik az összes olyan részecske, amelyek más és nagyobb részecskék építőkövei. Az atomok például kisebb részecskékből, protonokból, neutronokból és elektronokból épülnek fel. Csakhogy a proton és a neutron még kisebb elemi részecskékből, kvarkokból, illetve gluonokból áll, éppen ezért az első és általánosabb értelmezés szerint -a példánál maradva-, a proton és a neutron nem is számít elemi részecskének. A részecskefizika legfontosabb célkitűzése, hogy megtalálja azokat a legelemibb részecskéket, amelyekből felépül az összes többi is, és amiknek már nincsenek még elemibb összetevőik. A részecskéknek ez a klasszikus képe azonban alaposan megváltozott az 1920-as évektől, a kvantumfizika térhódításától kezdve, ami feltárta, hogy az univerzum a legkisebb szintjein igencsak homályossá válik. Kimutatták például, hogy az olyan részecskék, mint az elektronok, nem csak részecskeként, hanem hullámként is viselkedhetnek. Ha egy standard részecskét, például az elektront az anyagban mozgó fodrozódásként értelmezzük, akkor másfajta gerjesztéseket is el tudunk képzelni az anyagon belül. Ezek a más típusú fodrozódások az úgynevezett kvázi részecskék. A kvázi részecskék csak valamilyen közegben vagy anyagban létezhetnek, mivel az adott anyag alkotóelemeinek vagy építőelemeinek a válaszából épülnek fel, ezzel szemben az olyan részecskék, mint az elektronok és a protonok a szabad térben is létezhetnek. A kvázi részecskék nem létezhetnek vákuumban, és önmagukban sem, mert a létezésük a részecskék együttműködésétől és attól az anyagtól függ, amelyben létrejöhetnek. A kvázi részecskék koncepciója az 1950-es évekből Lev Landau elméleti fizikustól származik, amiért Landau 1962-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat. A tudósok mára több tucat kvázi részecske-típus létezését feltételezik, beleértve a következőket: a fonon, ami a hang kvázi részecskéje – a legkisebb rezgési energiacsomag, amely az anyagban a hangot alkotja; az elektronlyuk, az a pozitív töltésű üresedés, ami akkor marad vissza, amikor az elektron elhagyta eredeti helyét; az elektron kvázi részecske, ami lényegében egy elektronból és a környezetével való kölcsönhatásokból áll. Az exciton kvázi részecske, ami egy elektronból és a körülötte keringő elektronlyukból áll, Az anyon, egy eddig csak kétdimenziós rendszerekben látott kvázi részecske, amely feltehetőleg csak az elektromos töltés töredékét hordozza. A kvantumfizika világában a legnagyobb képtelenség is valósággá válhat A kutatók jellemzően kvázi részecskék, például elektronlyukak és excitonok formájában írják le az elektronikus eszközökben lévő elektromosság viselkedését. Összességében a kvázi részecskék valóságosságának kérdésére adott válasz tulajdonképpen értelmezés kérdése. Ha az a kérdés, hogy egy kvázi részecske olyan standard elemi részecske-e, mint például az elektron, akkor a válasz nemleges, mert nem létezhetnek önmagukban, és azoktól az anyagoktól függenek, amelyekben megnyilvánulnak. Ha azonban úgy tesszük fel a kérdést, hogy a kvázi részecskék valódi jelenségeknek tekinthetők -e, akkor már igen a válasz, mert ezek olyan dolgok, amelyeket a tudósok meg tudnak mérni, és amik részecskékként viselkednek, továbbá gyakorlatilag ugyanazokkal a tulajdonságokkal rendelkeznek, mint más elemi részecskék. A kvantumfizika birodalmában végül is szinte semmi sem lehetetlen, és ami a makrovilágban képtelenségnek tűnik, az itt maga lehet a megtestesült valóság.

forrás: magyarnemzet.hu