Magyar Tudomány, 2004/3 401. o.

Kitekintés


Pentakvark, magyar részvétellel

A 2003/10 számban, a Kitekintésben már hírt adtunk új egzotikus elemi részecskék, köztük az öt kvarkból álló pentakvark felfedezéséről. A CERN kutatóközpont friss eredményei megerősítették a Q+ pentavark létezését, és felfedeztek egy újabb, a korábbinál nagyobb tömegű pentakvarkot, ez a X részecske. A tudományos közleményt az NA49 kísérlet százfős kollektívája jegyezte, a szerzők között tizenöt magyar van, a KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet (RMKI), az Atommagkutató Intézet és az Eötvös Loránd Tudományegyetem munkatársai. Egyikük, a fiatal Barna Dániel (RMKI), főszerepet játszott a felfedezésben.

A részecskefizika kísérleti megfigyelésekkel sokszorosan igazolt elmélete szerint az erősen kölcsönható elemi részecskék kvarkokból épülnek fel. A természetben hatféle kvark (és ezek antianyag párja) létezik, két-két kvarkból épülnek fel a mezonok, a barionok pedig, például a proton és a neutron, három összetevőből állnak. Elméletileg lehetséges ennél több kvarkot tartalmazó részecskék létezése is.

A CERN-ben a nagyenergiájú szuper-proton-szinkrotron részecskegyorsítónál az NA49 kísérlet keretében az anyag hajdanvolt ősi állapotát próbálják meg laboratóriumi körülmények között létrehozni. A világegyetem hajnalán, közvetlenül az ősrobbanás után a kvarkok még szabadok lehettek, csak később álltak össze mezonokká, barionokká. A laboratóriumban a folyamat fordítottjának megvalósítására törekszenek: a ma részecskékbe zárt kvarkokat próbálják kiszabadítani. A kísérletekben ólom atommagokat ütköztetnek, az ütközésekben keletkező sokféle részecske tulajdonságait bonyolult észlelőrendszerek mérik és rögzítik. Az NA49 kísérletben az észlelőrendszer egyik fontos eleme az ún. "Budapest fal", amelyet az RMKI-ban terveztek és építettek meg.

A pentakvark részecskét egy egyszerűbb kísérletben fedezték fel. Nagyenergiájú protonnyaláb ütközött egy protonokból álló hidrogén céltárgynak. A mérések során rengeteg adatot rögzítettek, ezek "szénakazlában keresték a tűt", az új típusú részecskét. Először elméletileg konstruálnak egy pentakvark részecskét, majd azt elemzik, hogy a részecske milyen módon bomolhat el, az átalakulásoknak milyen megfigyelhető jellemzői lehetnek. A kísérletekben tehát nem magát a pentakvarkot észlelik közvetlenül, hanem a pentakvark bomlása, átalakulása során keletkező részecskéket. Az adathalmazban az adott feladatra írt számítógépes program keresi a szóba jöhető eseményeket, a hivatkozott esetben bevetett részecskerekontsrukciós program Barna Dániel munkája. Az analízist horvát kutatók végezték el, a napisajtóban a felfedezés az ő kizárólagos érdemükként jelent meg. A proton-proton ütközésekben olyan pentakvark részecske nyomára bukkantak, amely két "le", két "ritka" kvarkot és egy "fel" antikvarkot tartalmaz.

Alt, C. et al: Observation of an Exotic S= -2, Q= -2 Baryon Resonance in Proton/Proton Collisions at the CERN SPS. Physical Review Letters. 8 December 2003

http://de.arxiv.org/abs/hep-ex/0310014

Anticic, Tome et al.: New Five-quark States Found at CERN. CERN Courier. December 2003, 5. (http://www.cerncourier.com/main/article/43/10/1)

J. L.


Találkozások üstökösökkel

Január 2-án a NASA Stardust űrszondája a terveknek megfelelőn berepült a Wild 2 üstökös csóvájába, és anyagmintát gyűjtött. Az 1999. februárban útnak indított műszeregyüttes 236 km távolságban repült el az 5,4 kilométer átmérőjű üstökös mellett. A szonda ezután elindult hazafelé, 2006. január elején ér Föld-közelbe. Maga nem száll le, de egy ejtőernyővel leereszkedő kapszulában lejuttatja a mintákat az amerikai légierő Utahban lévő, sivatagos gyakorlóterepére. Ha a kapszula sikeresen földet ér, akkor a holdkőzetek után ez lesz a második, laboratóriumokban vizsgálható földön kívüli anyagminta.

Az üstökösök a Naprendszer legkezdetlegesebb, legöregebb testei, anyagukban őrzik azt az ősi szoláris ködöt, amelyből valamikor a Naprendszer kialakult. Magjuk jégből, porból és más szilárd anyagokból áll, a jég nagyrészt vízjég, de találhatók benne jéggé fagyott gázok, például ammónia, metán, cián, szén-monoxid. A Naprendszer belsejében járva az üstökösmag anyagának egy része elpárolog, ebből keletkezik a látványos kóma, az üstökös csóvája. A bolygókba csapódott üstökösöknek szerepük volt az óceánok, a légkör kialakulásában, nagyobb üstökösök éghajlati változásokat is elindítottak, megváltoztatták a környezeti egyensúlyt. Az egész Naprendszerben az üstökösök a leggazdagabbak szerves molekulákban, ezért szerepük lehetett a földi élet kialakulásában is.

A Wild 2 üstökös újonc a Naprendszerben, ezért különösen érdekes a kutatók számára. 1974-ben úgy repült el a Jupiter mellett, hogy az óriásbolygó gravitációs tere megváltoztatta a pályáját, az üstökös a Naphoz közelebb vezető pályára tért át. Mostanáig mindössze ötször járt Nap-közelben, tehát kevés anyag párolgott el a magjából, nagyon közel áll az eredeti, ősi összetételéhez.

Az űrszonda tíz másodpercenként készített felvételeket. Az üstökös magja teljesen más képet mutatott, mint a korábban közelről tanulmányozott Halley- és Borelli-üstökös. A Wild 2 felszíne változatos, felszínén kör alakú, egy kilométer átmérőjű, becsapódási kráterre emlékeztető formációt és száz méter magas sziklafalat láttak a felvételeken. A felszínen geológiailag új és régi formációk keverednek.

A Stardust mintagyűjtő "porszívója" egy fantasztikus új anyag, a szilícium alapú aerogél, a világ legkisebb sűrűségű szilárd anyaga. Az űrbeli randevúknál lassúnak számító sebesség (22 ezer km/óra) is olyan nagy, hogy a befogott részecske becsapódási sebessége majdnem tízszer akkora, mint egy puskagolyóé, ezért olyan megoldást kellett találni, hogy a nagy erejű becsapódásnál ne változzon meg a porszemecske alakja, összetétele, ne párologjon el. A megoldás az aerogél csapda - az aerogél porózus, szivacsos szerkezetű anyag, térfogatának 98,9 %-a üres tér. Az aerogél szilícium alapú, alumíniumot és szenet is tartalmazó anyag, a szintén szilícium alapú üveg ezerszer sűrűbb nála. Az aerogélt már 1993-ban sikeresen kipróbálták az űrrepülőgép fedélzetén. A Stardust fedélzetén 1000 cm2 porgyűjtő felületet alakítottak ki az üstököspor befogására, és egy másik ugyanekkora felületet a csillagpor számára.

A tervek szerint február végén (lapzárta után) indul hosszú útjára az Európai Űrügynökség Rosetta űrszondája, hogy 2014. novemberben egyik része az üstökös körüli pályára álljon, másik része pedig leszálljon a Churyumov-Gerasimenko-üstökös felszínére. A jelentős magyar részvétellel folyó prog-ram ismertetésére visszatérünk.

A NASA 2004. decemberben indítja a Deep Impact űrszondát, ez 2005. júliusban a Tempel 1 üstököst keresi fel. Egy 370 kilogramm tömegű test zuhan majd az üstökös felszínére, és egy futballpálya méretű krátert hoz létre, az űrszonda műszerei elemzik majd a kilövellő anyagot.

Stardust Surprise (további hivatkozásokkal) http://science.nasa.gov/headlines/y2004/16jan_stardust.htm?list71975

Stardust Reaches Comet... Space News. 5 January 2004.

http://www.space.com/spacenews/

http://spaceflightnow.com/news/n0208/07stardust/

J. L.


Transzmutáció lézerrel

A nukleáris energiatermelés, az urán-ciklus ma legnagyobb problémája a hosszú felezési idejű radioaktív izotópokat tartalmazó nagy aktivitású hulladék kezelése. A biztonságos eltemetéshez geológiailag nyugodt rétegeket, területeket keresnek. Néhány éve intenzív kutatómunka indult meg a probléma más módon való megoldására: a hosszú felezési idejű atommagokat neutronokkal való besugárzással rövid felezési idejűvé alakítják át, így a tárolás lényegesen leegyszerűsödne. A neutronokkal előidézett transzmutáció laboratóriumi szintű kísérletekben bevált. A szóba jöhető megoldások köre tovább bővült, megjelentek az első közlemények lézerekkel végzett sikeres transzmutációról. Brit és német kutatók a 15,7 millió éves felezési idejű jód-129 izotópot mindössze huszonöt perc felezési idejű jód-128 izotóppá alakították át. A brit Strathclyde, Glasgow és Imperial College Egyetem és a Transzurán Elemek Intézete (Karlsruhe) munkatársai a kísérletben a Rutherford Appleton Laboratory petawatt teljesítményű Vulcan lézerét használták. A nagyintenzitású lézernyalábot arany céltárgyra lőtték, a lézertér hatására az elektronok relativisztikus (a fénysebességet megközelítő) energiára gyorsultak föl. Ezt követően az elektronok lefékeződnek az anyagban, ezt gammasugárzás kibocsátása kíséri. Ezeket a gamma-sugarakat nyeli el a jód-129 atommagja, majd egy neutron kibocsátásával jód-128 izotóppá alakul át. A transzmutációhoz tehát többlépcsős folyamat vezet el: lézerimpulzus - elektronok felgyorsulnak - elektronok lelassulnak - gammasugárzás - atommagátalakulás. (Néhány műszaki adat: neodímium-üveg lézer, 0,7 picosec impulzushossz, 500 joule energia, 1 mm hullámhossz, 5,5 mm átmérőjű területre fókuszálva a céltárgyon 5 × 1020 W/cm2 intenzitás érhető el.) Hasonló kísérletet végeztek el a Jenai Egyetem és Transzurán Elemek Intézete (Karlsruhe) kutatói is, a titán-zafír lézer tantál céltárgyra fókuszált nyalábjával ők is 1020 W/cm2 intenzitást értek el, ugyanazt a jódátalakítást végezték el, mint a másik kutatócsoport. A kísérletek egyetemi tanszék méretekben is végezhetők, a jénai mérés mindössze 15 m2 helyet igényelt. Ezért is vetődött fel egy újabb alkalmazási lehetőség gondolata: kórházakban a helyszínen lehetne lézeres transzmutációval előállítani a vizsgálatokhoz, kezelésekhez szükséges rövid felezési idejű izotópokat.

Ledingham, Ken W. D. et al.: Laser-driven Photo-transmutation of 129I—a Long-lived Nuclear Waste Product. Journal of Physics D: Applied Physics. 2003, 36, L79-L82.

CERN Courier. October 2003, 11.

Laser Focus World. November 2003, 13-15. (www.laserfocusworld.com)

J.L.


A kamaszok agya és a higany

Higannyal szennyezett hal vagy más tengeri ételek fogyasztása a kamaszok agyának fejlődését is gátolhatja - állapították meg a Harvard Egyetem Közegészségügyi Intézetének Philippe Grandjean vezetésével dolgozó kutatói. A kutatók már korábban is tudták, hogy a higany-metil felhalmozódhat a tengeri állatok szervezetében, és károsítja az anyaméhben fejlődő magzatot, azt azonban csak most bizonyították be, hogy a higany nagyobb gyermekek idegrendszerében is maradandó változásokat idézhet elő.

Grandjean és munkatársai a Dániához tartozó Faröer-szigeteken végeztek vizsgálatokat, mert a sziget híres arról, hogy az itt élők rengeteg tengeri halat és bálnahúst fogyasztanak. Körülbelül ezer, itt élő gyermek agyának elektromos tevékenységét vizsgálták a születéskor, hét évvel ezelőtt hétéves korukban, és most, tizennégy évesen. Bizonyos agytevékenységek már hétévesen lassúnak bizonyultak, és deficitjük mostanra tovább emelkedett, azaz az évek folyamán a gyerekek agyában tovább romlott ezen jelfeldolgozási rendszerek hatékonysága. Ezt is beleszámítva, eddig mindössze két nagy tanulmány született arról, hogy a higannyal szennyezett tengerből származó élelmiszereknek hosszú távon milyen egészségügyi hatásai vannak. A kutatók egyébként azt is megállapították, hogy a vérnyomás-szabályozásban is nehézségeket idéz elő ez a nehézfém. Az Egyesült Államok Táplálék- és Gyógyszerellenőrző Hatósága (FDA) jelenleg azt tanácsolja a várandós és szoptató kismamáknak, illetve a kisgyerekeknek, hogy a higanybevitel elkerülése érdekében ne egyenek például cápahúst, kardhalat és királymakrélát, mert a higany inkább a nagytestű állatokban halmozódik fel. Grandjeanék azonban hangsúlyozzák, hogy vizsgálati eredmények legfontosabb üzenete, hogy ez kevés: a nagyobb gyermekeket is ugyanígy óvni kellene. Mások szerint azonban a Harvard kutatói a Faröer-szigeteken egy speciálisan táplálkozó, különleges népességet vizsgáltak, így az eredményeket nem szabad más populációkra is általánosítani.

Grandjean és munkatársai munkájukat egy gyermekgyógyászati folyóiratban közölték, amelyről a Nature Science Online is beszámolt február 6-án.

A higany erodáló kőzetekből, illetve ipari tevékenységek nyomán, szénerőművekből, szemétégetőkből kerülhet a vizekbe.

Grandjean, Philippe - Murata, K. - Budtz-Jorgensen, E. - Weihe, P. (2004): Cardia Autonomic Activity in Methylmercury Neurotoxicity: 14 Year Follow-up of Faroese Birth Cohort. Journal of Pediatrics. February. 144, 2, 169-176. doi: 10.1016/j.jpeds.2003.10.058 (2004)

G. J.


A jövő: tükrözés helyett vérteszt

A vérben egy bizonyos fehérje mennyisége jelzi, hogyha valaki vastagbélrák szempontjából erősen veszélyeztetett. A Johns Hopkins Egyetem kutatói több mint ötszáz emberen folytatott vizsgálat során észrevették, hogy azok között, akiknek vérében sok van a gyulladásos folyamatokban szerepet játszó ún. CRP nevű fehérjéből (C-reactive protein) sokkal gyakoribb a vastagbélrák. A felfedezésnek, amely egy tekintélyes orvosi folyóiratban jelent meg, gyakorlati jelentősége is lehet. Elképzelhető, hogy segítségével meg tudják majd mondani, hogy kik azok, akik veszélyeztetettek, és érdemes rendszeresen részt venniük a fájdalmas és kellemetlen béltükrözéses vizsgálatokon.

Azt egyelőre nem tudják, hogy a fehérje és a béldaganatok jelenléte között milyen összefüggés van. A kutatók feltételezik, hogy a CRP mennyiségének emelkedése az immunrendszer aktivitásának növekedését jelzi. Az immunrendszer reagálhat a bélben lévő rák-megelőző állapotokra, például a polipokra, és elindíthatja azok rákos elfajulását. Erre azonban még nincsenek bizonyítékok.

Egyes szakemberek szerint ezen eredmények alapján érdemes lenne most azt vizsgálni, hogy azok a gyógyszerek, amelyekről az elmúlt években bebizonyosodott, hogy rendszeres szedésük csökkenti a bélrák kockázatát - ilyen például az aszpirin és más nem-szteroid gyulladáscsökkentők - befolyásolják-e a CRP mennyiségét a vérben.

Erlinger, Thomas P. - Platz, E. A. - Rifai, N. - Helzlsouer, K. J. (2004): C-reactive Protein and the Risk of Incident Colorectal Cancer. Journal of the American Medical Association. 291, 585-590

G. J.


Játék a génekkel?

Halolajat termelő, genetikailag módosított egereket hoztak létre a Harvardon Jing Kang vezetésével. Ez az első olyan emlős, amely képes a rendkívül egészséges omega-3 zsírsav termelésére. A makrélában, lazacban, heringben jelentős mennyiségben termelődő telítetlen zsírsav javítja a vérkeringést, csökkenti a gyulladásos folyamatokat, és egyes adatok szerint daganatellenes hatása is van. Csakhogy keveset fogyasztunk belőle.

A kutatók távlati célja olyan génmanipulált háziállatok létrehozása, amelyek tejükben, vagy húsukban nagy mennyiségben tartalmazzák az omega-3 zsírsavat. Következő lépésként halolajat termelő csirkét akarnak "konstruálni".

Kang, Jing X. - Wang, J. - Wu, L. - Kang, Z. B. (2004): Transgenic Mice: Fat-1 Mice Convert N-6 to N-3 Fatty Acids. Nature. 05 February, 427, 6974, 504.

G. J.

Jéki László - Gimes Júlia


<-- Vissza a 2004/3 szám tartalomjegyzékére