Huszonöt évnyi sikeres működés és paradigmaváltó felfedezések után 2026 februárjában leállt a New York-i Brookhaveni Nemzeti Laboratórium RHIC gyorsítója, amely alapjaiban írta át a modern fizikai világképünket. Az ELTE femtoszkópiai kutatócsoportja azonban nem pihen: miközben az amerikai adatok feldolgozása még évekig tart, a fókusz már az európai nagyberendezésekre, a CERN-be és a Németországban épülő FAIR központba helyeződik át.
Utazás az Ősrobbanás pillanataihoz
A nagyenergiás nehézion-fizika célja nem kevesebb, mint az Univerzum első pillanatainak rekonstruálása. A kutatók hatalmas sebességű atommagokat ütköztetnek, hogy az így felszabaduló energiával „megolvasszák” az atommagok anyagát, létrehozva az úgynevezett kvark-gluon plazmát (QGP). Ez az anyag töltötte ki a Világegyetemet az ősrobbanás utáni első milliomod másodpercben is.
„Az ELTE RHIC kutatócsoportjának egyik fő célkitűzése ehhez kapcsolódóan a kvantum-színdinamika (QCD) által irányított anyag lehetséges állapotainak és átalakulásainak kísérleti és elméleti feltérképezése – hasonlóan ahhoz, ahogy a víz jéggé vagy gőzzé változását tanulmányozták a kutatók évszázadokkal ezelőtt” – magyarázta Csanád Máté, a kutatócsoport vezetője.
A RHIC öröksége: a tökéletes folyadék nyomában
A RHIC gyorsító 25 éves pályafutása alatt az ELTE femtoszópiával foglalkozó kutatói fontos szerepet játszottak a mérésekben: 2003 és 2016 között a PHENIX kísérletben dolgoztak (együttműködésben a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközponttal és a mai MATE Femtoszkópiai Tudásközpontjával), majd később a STAR kísérlethez is csatlakoztak. A RHIC korszakalkotó eredménye volt annak felfedezése, hogy az ősrobbanás utáni anyag nem gázként, hanem szinte súrlódásmentes, „tökéletes” folyadékként viselkedett – ezt 2005-ben az American Institute of Physics (AIP) az év fizikai felfedezésének választotta.
„Bár a gyorsító 2026. február 6-án bezárta kapuit, a munka folytatódik: a 2023 és 2025 közötti mérések óriási adatmennyisége, valamint a nyalábenergia-szkennelő (BES) program és a fix céltárgyas (FXT) programok eredményei még számos titkot rejtenek, amelyek feldolgozásán az ELTE fizikusai jelenleg is aktívan dolgoznak. Ezt mutatja az is, hogy 2026-ban a kutatócsoport rendezheti meg a STAR európai együttműködési találkozóját, melyre május 25-27. között kerül sor az ELTE-n” – mutatott rá az ELTE szerepére Kincses Dániel, az egyetem posztdoktori kutatója.
Az ELTE kutatói 2007-ben és 2024-ben, a PHENIX, majd a STAR irányítótermében
Femtoszkópia és kvantumstatisztika
Az ELTE kutatóinak fókuszában a femtoszkópia áll, egy olyan különleges eljárás, amelyben a kvantumstatisztika törvényszerűségeinek köszönhetően a femtométeres skálán, vagyis az atom méreténél milliószor kisebb mérettartományban tudják meghatározni az ütközés során keletkező anyag térbeli és időbeli kiterjedését. Ez a módszer kulcsfontosságú ahhoz, hogy megértsük a részecskék közötti kölcsönhatások finom részleteit, a létrejött anyag időfejlődését és átalakulásait. E tekintetben a figyelem most az európai kutatási helyszínek felé fordul.
A svájci CERN-ben található SPS gyorsító NA61/SHINE kísérlete hasonló kérdésekre keresi a választ, mint amerikai „unokatestvére”. Az ELTE kutatói itt is végeznek femtoszkópiai méréseket (szintén a Wigner Fizikai Kutatóközponttal együttműködve). Pórfy Barnabás, a csoportban dolgozó PhD-hallgató szerint „ezek különlegessége az NA61/SHINE képességeiben rejlik: a parányi berilliumtól kezdve a közepes méretű argon és xenon ütközéseken át a hatalmas ólomatommagokig sokféle méretű ütközés vizsgálható itt, mind a teljes, SPS által elérhető energiaspektrumon.” Így a QGP létrejötte a RHIC-hez képest komplementer módon vizsgálható. A terület 1-2 évente megrendezett nemzetközi találkozójának, a WPCF konferenciának 2026-os rendezési jogát az ELTE nyerte el, így a területhez most csatlakozó diákok és fiatal kutatók is első kézből szerezhetnek tapasztalatot a nemzetközileg élvonalbeli kutatásokról.
Az ELTE Femtoszkópiai Kutatócsoport tagjai a WPCF 2025 illetve a Quark Matter 2025 konferenciákon
A jövő kapujában: irány a FAIR
A kutatócsoport jövője már körvonalazódik a németországi Darmstadtban épülő FAIR (Facility for Antiproton and Ion Research) gyorsítókomplexumban is. Az ELTE hivatalos résztvevő lett a CBM (Compressed Baryonic Matter) kísérletben, amely a világ egyik legmodernebb detektorrendszere lesz. „A FAIR megépülésével a kutatók minden eddiginél több ütközést tudnak majd vizsgálni, a CBM hatalmas, a korábbiakat akár ezerszeresen meghaladó másodpercenkénti ütközési gyakoriságának köszönhetően” – emelte ki Nagy Márton, az ELTE Fizikai és Csillagászati Intézet egyetemi docense. Ezzel a CBM új fejezetet nyithat az erősen kölcsönható anyag tulajdonságainak és viselkedésének megismerésében. Az ELTE kutatócsoportja így a nemzetközi tudományos élvonal tagjaként folytathatja nehézion-fizikai kutatásait az amerikai korszak után az új, európai aranykorban is.
A FAIR CBM kísérlet 3D rajza
"Ezek a kutatások nem csak kontinenseken, de évtizedeken is átívelnek. Azok, akik pár éve még hallgatóként kapcsolódtak be, ma már komoly tapasztalattal rendelkező kutatóként koordinálják a munkát. És azok előtt a hallgatók előtt, akik ma hallgatói az ELTE TTK-nak, szintén nyitva áll a lehetőség, hogy bekapcsolódjanak ebbe a különleges világba, ami egyszerre jelenti a múltat és a jövőt. Éppen emiatt jelent többet egy kutatóegyetemen tanulni" – tette még hozzá Csanád Máté.
A kutatásokat az NKFIH Tématerületi Kiválósági Program mellett az NKKP ADVANCED K-152097, OTKA K-138136, a PD-146589 és a 2021-4.1.2-NEMZ_KI-2024-00053 projektek támogatják.
Borítókép: a STAR kísérlet