A fizika kalandja

Nyomozás a sötét anyag után

Mi a WIMP?

2015. szeptember 12. - 38Rocky

Nyomozás a sötét anyag után

Mi a WIMP?

Univerzumunk egyensúlyát a gravitáció biztosítja, amelynek törvényét Einstein egyenlete írja le. Mekkora tömegmennyiségre és sűrűségre van szükség ahhoz, hogy magyarázzuk az Univerzum tágulását, a galaxisok mozgási sebességét, minek köszönhetjük, hogy az Univerzum képes évmilliárdokig fennmaradni a gyors széthullás, vagy összeroppanás veszélye nélkül? Ha az ehhez szükséges tömeget megbecsüljük és összevetjük csillagászati megfigyelésekkel, amelyben az összes csillag tömegét számba vesszük, kiderül, hogy a szükséges tömeg nagyobb része hiányzik. Hol lehet ez a hiányzó anyag? Ennek magyarázatára született meg az elképzelés, hogy a tömeget adó anyag nagy része rejtve van szemünk elöl, nem mutatható ki sem távcsövekkel,sem radarhullámokkal, sem egyéb eszközökkel. Ez a sötét anyag csak tömeggel rendelkezik, de nem lép kölcsönhatásba környezetével a gravitációs vonzáson kívül.  Azokat a feltételezett részecskéket, amelyek a sötét anyagot alkotják, nevezik WIMP-nek: weakly interacting  massive particles. De ilyen részecskékről nem tud a részecskefizika átfogó elmélete a Standard Modell sem. Van ugyan gyengén kölcsönható részecske, ez a neutrínó, amit avval szoktak jellemezni, ha egy neutrínó nyaláb fényévhosszúságú ólomtömbbe ütközik, akkor a részecskék fele kölcsönhatás nélkül fog áthaladni. A neutrínóval viszont az a baj, hogy az eredeti modell szerint tömeggel nem rendelkezik, ami abban nyilvánul meg, hogy a kísérletek szerint a fény sebességével halad. Újabban ugyan feltételezik, hogy valamilyen nagyon kis tömege azért lehet, mert létezik három egymásba átalakuló típusa, amit csak a tömeg létezése idézhet elő. Viszont a mozgás nagy sebessége miatt ez a tömeg csak nagyon kicsi lehet, amit úgy becsülnek meg, hogy a sebességmérés pontatlanságát a fénysebességtől való eltéréssel azonosítják. A WIMP magyarázatára azonban ez a lehetséges tömeg nagyon- nagyon kevés!

Kiindulópont a relativitáselmélet

A fizikai kalandozások során most arra teszek kísérletet, hogy megtaláljuk ezt a rejtélyes részecskét, a WIMP-et. Ennek során többször fogok hivatkozni korábbi bejegyzéseimre, amely segíteni fog a rejtély felderítésében. Induljunk hát neki a kalandtúrának, mint már annyiszor, a relativitáselmélet talajáról! A legutóbbi bejegyzésben „The origin of covariance in the special relativity” vetettem fel annak az okát, hogy miért négyzetesen adódik össze az energia két tagja, amelyik a mozgásból (ez a p.c tag) és a nyugalmi energiából (ez az m0c2) származik:

 A magyarázat lényege, hogy a nyugalmi tömeg voltaképpen fénysebességű forgás eredménye, és a körbeforgó p0 impulzus hozzáadódik a külső mozgás impulzusához.  A forgás szimmetriája miatt a saját impulzus átlaga (kvantummechanikában várható értéke) nulla, ezért a teljes impulzus négyzetének kifejezésében a két tag szorzata eltűnik és csak négyzetes összeg marad meg.

A Dirac egyenlet és a negatív energia dilemmája

A relativitáselmélet négyzetes törvényébe helyettesítve az energia és az impulzus operátorát jutunk el a kvantummechanikai mozgásegyenlethez, de ennek matematikai kezeléséhez az egyes tagok lineáris összegére van szükség, amit Dirac sikeresen oldott meg a négyzetgyökvonás négydimenziós mátrixokkal történő felbontásával. Ez a felbontás valójában négy csatolt differenciálegyenletet hozott létre. Ez a négy egyenlet két alternatívát fogalmaz meg, amiből az egyik a pozitív és negatív energia kettőssége, a másik a spin megjelenése, ami voltaképp az elektron sajátforgásának (perdületének) két lehetséges sodrásirányához  – a jobb- és a balmenetűhez – kapcsolódik.

A negatív energiájú megoldások megjelenése azonban komoly elvi nehézséget okozott. A fizika egyik alaptétele, hogy a változások iránya mindig az alacsonyabb energia felé halad, így az elektronnak is át kellene ugrani a negatív energiák tartományába. A bajt viszont az okozza, hogy ennek a negatív tartománynak nincs alsó határa, le kellene hullani az elektronnak a mínusz végtelenbe. Ezt a problémát próbálta kiküszöbölni Dirac ötlete, mely szerint a végtelen számú negatív energiájú állapot már mind be van töltve és mivel a Pauli elv értelmében két elektron nem lehet azonos állapotban, így az elektron a pozitív tartományban marad. Előfordulhat azonban, hogy hiányzik egy elektron a negatív tartományból, azaz egy lyuk keletkezik. Az elképzelést látszólag igazolta, amikor Anderson felfedezte a pozitront, mert ennek tulajdonságai pontosan megfelelnek a lyukelektron hipotézisének, azaz a pozitront az elektron antirészecskéjének lehet tekinteni. Emiatt fogadták el Dirac abszurdnak tűnő feltevését a végtelenszámú negatív energiájú elektronról. Az elképzelés egyik hibája, hogy kiderült minden részecskének, így az egészszámú spinnel rendelkező bozonoknak is van antirészecskéje, viszont a bozonokra már nem érvényes a Pauli féle kizárási szabály!  A lyukelmélet fontos tanulsága, hogy óvatosnak kell lennünk, amikor a fizikában valamit bizonyítottnak tekintünk. Ha az elmélet valamilyen jelenséget jól magyaráz az önmagában még nem bizonyíték, legfeljebb valószínűsítheti a hipotézis helyességét. Új kísérleti tény mindig előkerülhet, ami cáfolja elképzelésünk helyességét, ezért abszolút bizonyosságról sohasem beszélhetünk. Jogosan mondhatja az olvasó, hogy ez az én elgondolásaimra is igaz! Várom ezért az olyan kommenteket, ahol rámutatnak, hol sántítanak az általam ismertetett hipotézisek, milyen tényeknek mondanak ellent.

Mi a negatív energia eredete?

A negatív energiájú állapotok megjelenése a Dirac egyenletben a relativisztikus formula négyzetes jellegéből fakad. A negatív és pozitív számok négyzete megegyezik, ezért a gyökvonásnak mindig van pozitív és negatív megoldása is. Mivel maga a Dirac egyenlet a gyökvonás speciális megvalósítása, így elkerülhetetlenül fellép a negatív energia is. A kvantummechanikában az energia operátora az időszerinti deriválttal került definiálásra:  ℏid/dt  (Lásd: Út a kvantummechanika megértéséhez), így az energia negatív előjele az idő negatív irányával egyenértékű. A fizikai rendszer állapotát kétféle módon írhatjuk le vagy a jelen állapotból következtetünk a jövőbeli állapotra, vagy visszafele haladva a jelen állapotból írjuk le, hogy milyen lehetett a korábbi állapot. Relativisztikus egyenletünk nem választja szét azt a két lehetőséget, ezért egyidejűleg kapjuk meg mindkét leírási módot. Azt már nem kell bizonyítani, hogy nem lehet a múltba visszalépni, ezt az elvet a kvantummechanikának is tisztelni kell, ezért kizárhatjuk azt a lehetőséget, hogy a pozitív energiájú állapotból át lehet menni a negatív tartományba.

A spin és a Dirac egyenlet

A Dirac egyenlet másik nagy találmánya a spin. Ez is a relativisztikus egyenlet kvadratikus jellegéből fakad, mert a p2c2 tag is előállhat pozitív és negatív impulzusból és forgások esetén ez a két lehetséges sodrásirányban perdülő impulzusnak felel meg. A modern fizika a spinnel kapcsolatban nagyon óvatosan fogalmaz, mert valódi forgás helyett csak az elektron és más részecskék „intrinsic” (saját) tulajdonságának tekinti. Igazából fizikai kalandozásom eredete is az volt, hogy tisztázni akartam a spin eredetét, ami elvezetett a több bejegyzésben is tárgyalt fénysebességű forgások hipotéziséhez.

A részecskék, mint a tér királis szerkezetének szülöttei

Elővettem azt a kérdést is (lásd: Fénysebességű forgások és a relativitáselmélet I és II), hogy nem lehet-e a Standard Modell valamennyi részecskéjét – így az elektron és pozitron mellett a kvarkokat és a neutrínót is a relativisztikus energiaformula négyzetes alakjából levezetni. Így jutottam el az általános fermion egyenlethez, ami annyiban különbözik a Dirac egyenlettől, hogy bevezet egy harmadik kétdimenziós alternatívát a kiralitás fogalmán keresztül. A háromdimenziós térnek ugyanis két geometriai ábrázolása van (Lásd: A részecske fizika nyitott kérdései II), az egyikben a merőleges xyz tengelyek irányultsága a jobb kéz, a másikban a bal kéz szimmetriáját követi. Maga a relativisztikus egyenlet nem tesz különbséget a kétféle koordináta rendszer között, ezért alkalmas a kétféle kiralitás együttes tárgyalására. Ezt használtam ki a négydimenziós spinor algebra nyolcdimenziósra való bővítésével, amelyben az egyes részecskék a két királis szimmetria szuperponált állapotai. Tiszta királis állapot az elektron és a pozitron, a neutrínóban a két királis állapot egyenlő súllyal szerepel, míg a szuperpozíciós arányok eltérőek a kvark és antikvark két formája (up és down) között. (Valamennyi részecskének három „generációja" van, ahol a magasabb generációk a nyugalmi tömeg nagyságában különböznek, kvarkok esetén az up (u) kvark „rokonai" a charm (c) és a top (t), ugyanakkor a down (d) kvark esetén a strange (s) és a bottom (b). Az osztályozás alapja a töltések egyezése).

A kétdimenziós tömeg és elektromos töltés

A szuperpozíciós arányok megjelennek nemcsak a töltés, hanem a tömeg és az impulzus definíciójában is. A fizikai mennyiségek operátorát a kétdimenziós σz és σx Pauli mátrixok segítségével adhatjuk meg, ahol az előbbinek csak diagonális (+1 és -1), az utóbbinak csak nem diagonális (+1) eleme van. A részecske tényleges töltését és nyugalmi tömegét a kétdimemziós királis térben képzett diagonális elemek határozzák meg, a nem-diagonális elemek az impulzustól származó mozgási tömegnek felelnek meg. Az elektron és pozitron esetén a tömeg és töltés operátor diagonális, amit a kvantummechanika úgy fejez ki, hogy ezek „jó kvantumszámok”, ezeket mérni tudjuk; és ezek a mennyiségek a részecske olyan jellemző paraméterei, amelyek függetlenek az inercia rendszer választásától.  Az impulzus viszont csak nem-diagonális elemekből épül fel, ezért az impulzus és a mozgási tömeg attól függ, hogyan választjuk meg a referencia rendszert. Neutrínó esetén mind a töltés, mind a nyugalmi tömeg mátrixa nulla diagonális elemekkel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy ezeknek fizikai mennyiségeknek nincs mérhető értékük, az impulzus viszont diagonális, azaz független a referenciarendszer választásától és a részecske karakterisztikus paraméterének tekinthető. Ebből származtatható a neutrínók karakterisztikus mozgási tömege is:  m = p/c. Kvarkok esetén egyaránt fellépnek diagonális és nem diagonális elemek, a töltés esetén a diagonális elemek adják meg a ±1/3 és ±2/3 értékeket. Kvarkok azonban nem detektálhatók, ezért sem a töltés, sem a tömeg nem mérhető kísérleti úton, csak elméleti  értékek adhatók meg.

A kvarkok bezártsága a megfigyelhető részecskékben

A kvarkok megfigyelésére történő kísérletek azonban sikertelenek voltak, tört töltést egyetlen esetben sem találtak a nagyenergiájú mérésekben. Ezt magyarázzák a „bezártság” elvével, mely szerint az összetett részecskékből, így a kvark és antikvarkból álló mezonokból, illetve a három kvarkot tartalmazó barionokból nem lehet kiszabadítani a komponenseket. Emiatt a kvarkok tömegére csak indirekt módon lehet következtetni a mezonok és barionok tömegének szisztematikus analízisével, ez az un. renormálási eljárás. A d (down) és u (up) kvarkra kapott renormált tömegek (4,8 ill. 2,3 MeV) még együttesen is csak 1 százalékát teszik ki a neutron (udd) és a proton (uud) tömegének (939,565 ill. 938,272 MeV). A két nukleon tömegének különbsége (1,293 MeV) azonban elég közel van a két kvark tömegének különbségéhez.  Ez arra mutat, hogy a nukleonok tömegét döntő mértékben a kvarkok közötti kölcsönhatási energia határozza meg és ez a kölcsönhatási tag jó közelítésben azonos a proton és a neutron esetében. A mezonok és barionokcsaládjában egyaránt lehet találni olyan párokat, amelyek csak egy d illetve u kvarkban különböznek, ami lehetővé teszi a statisztikai analízist a kvarkok renormált tömegének meghatározására.

A tömegek relativisztikus összeadódása

Felvetődik azonban a kérdés, hogy mennyire indokolt a tömegek lineáris összegzése, nem lehetséges-e, hogy valójában a relativisztikus energiaképzés mintájára a tömegek és a kölcsönhatási tér energiájának négyzeteit kell összeadni? Ez indokolt lehet, azért is, mert a kvarkokból felépülő részecskék tömege nagyobb, mint amit a kvarkok együttesen kitesznek. Az atommagok esetén épp fordított a helyzet, ott a tömegdeficit jellemzi a mag stabilitását, amikor kisebb az eredő tömeg, mint a benne szereplő neutronok és protonok együttes tömege. Ezért lehet feltételezni, hogy a mezonok és barionok tömegtöbblete kinetikai jellegű energiából származik, ami viszont a relativitás elve szerint négyzetesen adódik össze a nyugalmi energiával.

Jelöljük Mu és Md-vel az u illetve d kvarkot tartalmazó részecskék tömegét, ahol is a négyzetes összegzési szabály szerint:

Itt mu az u kvark renormált tömege, míg X  jelöli a többi kvark tömegjárulékát a kölcsönhatási energiával együtt.  Hasonlóan írhatjuk fel az Md tömeget is, melyben feltételezzük, hogy az X járulék azonos és emiatt a két tömeg különbségére érvényes, hogy

Rendezzük át az összefüggést a négyzetszámok különbségére vonatkozó algebrai szabály segítségével:

Az összefüggés alapján azt várjuk, hogy az egyes párokban a tömegek különbsége csökken, ha nagyobb a részecskék tömege. Természetesen jelentős szórást okozhat, hogy az X érték nem pontosan egyenlő a pár két tagjában. A mezonokra és barionokra vonatkozó mérési eredmények közül kiválasztjuk a feltételnek megfelelő párokat, beleértve olyan adatokat is, amikor a részecskékben két u illetve két d szerepel, de ekkor az MdMu különbséget felezzük. Összesen 4 mezon és 12 barion esetén találtunk megfelelő párt a szakirodalmi táblázatokban, a rájuk vonatkozó számítások eredményét összegzi az ábra:

A részecskepárok tömegkülönbsége a részecske tömegek reciprokának függvényében

Látható, hogy bár jelentős szórással, de a trend a várakozásnak megfelelően csökken a nagy tömegű részecskék esetében.

Felhasználva ugyanezeket az adatokat meghatározhatjuk a d és u kvark négyzetes tömegének a különbségét is, ami átlagban 11 280-nek adódik, és ennek megfelelően a d kvark tömege legalább 106 MeV. Ha feltételezzük, hogy a d kvark kétszer nehezebb az u kvarknál, akkor 122 illetve 61 MeV értékeket kapunk a tömegekre. Ezzel szemben lineáris összegzés esetén mdmu = MdMu , ami  mdmu = 2,6MeV átlagértékre vezet.  Tehát a négyzetes szabály alapján becsült tömeg több mint egy nagyságrenddel haladja meg a Standard Modellben számolt értéket. Figyelemre méltó, hogy a legkönnyebb és legstabilabb π0 és π+ mezonok esetén, amelyek az u kvark és d  kvark és antikvark kombinációjából épülnek fel, a négyzetes összegzési szabály alapján becsült tömeg 136,4 MeV lesz, ami épp a kísérletileg talált 135,0 és 139,6 MeV értékek közé esik. Ugyanakkor az atommagokat alkotó uud és udd szerkezetű protonoknál és neutronoknál a négyzetes szabályból számolható tömegek 149,4 és 183 MeV jóval kisebbek, mint a tényleges 938,272 és 939,565 MeV értékek, ami arra mutat, hogy a kölcsönhatási tér energiája a három kvarkból felépülő részecskékben sokkal nagyobb, mint a kvark és antikvark kombinációjú mezonokban.

Lehet, hogy mégis a neutrínó a tettes?

A sötét anyag titkához azonban nem a kvarkok tömege adja meg a kulcsot, mert amikor létrehozzák a nukleonokat és egyéb részecskéket, akkor mindig egész töltés és evvel együtt diagonális tömeg alakul ki. Nem vonatkozik ez a neutrínókra, az univerzum magányos vándoraira, ezeket a részecskéket csak a fekete lyukak foghatják be az erős gravitációs hatáson keresztül. De mekkora a tömegük, hiszen a mérések szerint vagy nulla, vagy nagyon csekély. Itt lép be a képbe, hogy ugyan a neutrínónak nincs diagonális tömege, de van diagonális impulzusa, aminek megfeleltethető az m = p/c = E/c2  mozgási tömeg, márpedig a gravitáció szempontjából ez a mérvadó.  A neutrínó sajátimpulzusának létezése egyúttal magyarázatot ad arra is, hogyan értelmezzük a három különböző neutrínó egymásba való átalakulását, a neutrínó oszcillációt.. Friss hír: A neutrínó oszcilláció felfedezéséért 2015-ben a fizikai Nobel díjat Kadzsita Takaaki és Arthur B. McDonaldnak ítélték oda.  Arra viszont nincs információ, hogy mekkora is lehet a saját impulzushoz tartozó mozgási tömeg, de valószínűsítheti a nagyságrendet a neutrínó eredete, amely a bétabomlásból származik (Lásd: Az elektro-gyenge kölcsönhatás és az elemi részecskék átalakulása I és II). A neutron bomlásakor képződik az egyik d kvarkból egy u kvark és egy W- bozon. Ez a bozon – amelynek óriási tömege van: 80,385 GeV – bomlik fel egy neutrínóra és egy elektronra. De hova lesz ez a hatalmas tömeg, ez a hatalmas energia, vajon nyomtalanul eltűnik? Vagy inkább átadásra kerül a neutrínónak, amelyhez m = E/c2 mozgási tömeg rendelhető hozzá. Tovább erősíti ezt a feltételezést a neutrínó oszcilláció jelensége, ez csak a semleges Z bozonok segítségével történhet, hiszen a neutrínóknak a gravitáción kívül ez az egyetlen kölcsönhatási mechanizmusa. A Z bozon tömege még a W bozonnál is nagyobb:  91,188 GeV. Tehát a neutrínók „rejtett” tömege is ebbe a nagyságrendbe eshet, azaz a neutrínó nem a részecskevilág törpéje (becslések szerint még az elektronnál is milliószor könnyebb), hanem az óriása, ami még a neutronnál is százszor nagyobb lehet! Ha igaz ez a feltételezés, akkor nem kell tovább keresni a sötét anyagot. Ott volt már régen a szemünk előtt, csak nem vettük észre, mert alábecsültük a neutrínók fontos szerepét az Univerzum gravitációs egyensúlyának fenntartásában. A csillagok a termonukleáris reakciókban ontják magukból a rejtélyes neutrínók áradatát, (csak a Nap belsejében másodpercenként 3,8.1034 neutrínó keletkezik), amely teljes tömegében meghaladhatja az általunk látható galaxisok által hordozott tömeget.

Az alábbi linkre kattintva lehet eljutni a "Paradigmaváltás a fizikában" című bejegyzésre, ahonnan további bejegyzésekre történik utalás.

 

 

 

 

 

A bejegyzés trackback címe:

https://afizikakalandja.blog.hu/api/trackback/id/tr257782618

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

SZESZEGO 2015.09.20. 13:38:10

Nem fizikusként szeretném értelmezni az írást, és annak a megértésre irányuló logikáját. Ehhez azt kérném a szerzőtől, hogy jobban bontsa ki a következő sorait, mert úgy érzem, azok adják a kulcsát a "sötét anyag" elméletének:
Ide idézem:

"Maga a relativisztikus egyenlet nem tesz különbséget a kétféle koordináta rendszer között, ezért alkalmas a kétféle kiralitás együttes tárgyalására. Ezt használtam ki a négydimenziós spinor algebra nyolcdimenziósra való bővítésével, amelyben az egyes részecskék a két királis szimmetria szuperponált állapotai. Tiszta királis állapot az elektron és a pozitron, a neutrínóban a két királis állapot egyenlő súllyal szerepel, míg a szuperpozíciós arányok eltérőek a kvark és antikvark két formája (up és down) között. (Valamennyi részecskének három „generációja" van, ahol a magasabb generációk a nyugalmi tömeg nagyságában különböznek, kvarkok esetén az up (u) kvark „rokonai" a charm (c) és a top (t), ugyanakkor a down (d) kvark esetén a strange (s) és a bottom (b). Az osztályozás alapja a töltések egyezése).
A kétdimenziós tömeg és elektromos töltés
A szuperpozíciós arányok megjelennek nemcsak a töltés, hanem a tömeg és az impulzus definíciójában is. A fizikai mennyiségek operátorát a kétdimenziós σz és σx Pauli mátrixok segítségével adhatjuk meg, ahol az előbbinek csak diagonális (+1 és -1), az utóbbinak csak nem diagonális (+1) eleme van. A részecske tényleges töltését és nyugalmi tömegét a kétdimemziós királis térben képzett diagonális elemek határozzák meg, de később látni fogjuk, hogy a nem-diagonális elemek is fontos szerepet játszanak. Az elektron és pozitron esetén a tömeg és töltés operátor diagonális, amit a kvantummechanika úgy fejez ki, hogy ezek „jó kvantumszámok”, ezeket mérni tudjuk. Neutrínó esetén mind a töltés, mind a tömeg mátrixa nulla diagonális elemekkel rendelkezik, ami azt jelenti, hogy ezeknek nincs mérhető értékük."

Tehát kérem, ezt a néhány sort - esetleg példálózva - tegye elérhetőbbé a laikusok számára. A közember fizikai képének kialakításába így jobban bele tudja vonni a nem szakember érdeklődőket.

38Rocky 2015.09.21. 10:18:46

Jogos a kérés, hogy ne csak fizikusok számára legyenek felfoghatók a fizika különböző kérdéseiről szóló gondolataim. Az idézett rész valóban nehéz lehet még a fizikusok nagy részének is. Ha itt most teljes magyarázatra törekednék, jóval hosszabb lenne a válaszom, mint az eredeti bejegyzés. Evvel nem akarom elhárítani a kérést, csak arra mutatok rá, hogy fokuszálnom kell a válaszomat kiemelt szempontokra.
Az általam követett fizikai világképet röviden úgy foglalhatom össze, hogy valamennyi részecske a fénysebességű forgások által kijelölt lokális struktúra a téridőben. Félek, persze, hogy ez a definíció sem lesz nagyon érthető, de ennek lényege, hogy a részecske a mozgás maga, és ennek sebessége a fényével egyezik, mert ez az egyetlen „természetes” sebesség, ami létrehozhat térben véges alakzatokat.
A fizika legfontosabb elve a szimmetria. Szimmetria alatt megkülönböztethetetlen térbeli alakzatokat, időbeli folyamatokat értünk. Ilyenek úgy jönnek létre, hogy forgatásokkal, tükrözéssel, az elemek felcserélésével az objektumot önmagára képezhetjük le, ami abban fejeződik ki a fizikában, hogy a hozzátartozó energia azonos lesz. Tehát az energia és a szimmetria egymással elválaszthatatlan kapcsolatban áll. Itt azonban alapvető különbséget kell tennünk a forgatások és a tükrözés között. A térbeli tengelyek irányát bárhogy megválaszthatjuk, csak tőlünk függ, hogy mit tekintünk vízszintesnek és függőlegesnek, gondoljunk arra, hogy a Föld túloldalán ezek a fogalmak mennyire mások lesznek, de ha egyszer eldöntöttük, hogy mi az x és y irány, akkor a z irányt már kétféleképp választhatjuk meg, ez a jobb kéz és a bal kéz alapvető eltérése, ez a kiralitás. Ahogy a jobb kéz és a bal kéz nem forgatható egymásba, úgy a két királis rendszer is csak tükrözéssel vihető át egymásba. Ez igaz a részecskékre is, ha az elektront olyan kettős forgások hozzák létre, ahol a forgások egymáshoz képest a jobb kéz irányait követik, akkor a pozitron ennek tükörképe lesz, amit a bal kézzel jellemezhetünk. Ez vonatkozik az anyag és az antianyag viszonyára is, tehát a tér királis szerkezete miatt anyagi világunknak két alapformája létezik. De ez a két forma nem tűri meg egymást, valamelyiknek dominálni kell. Ezt a domináns struktúrát nevezzük anyagnak.
A kétféle anyag, a kétféle létezési mód harca azonban nem szűnt meg, csak előttünk rejtve marad. A mindennapon világában csak az anyagot látjuk, a fizika műszerei azonban híradást adnak az antianyagról is, nyomon követhetjük a rövid életű antirészecskék pályáját, meghatározhatjuk töltését, tömegét és spinjét is. De nem mindegyiket tudjuk közvetlenül kimutatni, mert a neutrínó létezésére csak képződése és eltűnése utal, de közbenső útjára csak következtetni tudunk. Úgy szintén megfigyelhetetlenek a kvarkok, tört töltésű részecskék létezését semmilyen kísérletből sem lehetett kimutatni. Viszont létezése mégis bizonyított, mert általuk válik érthetővé a már százszámra megfigyelt részecske szerkezete, megjelenése és eltűnése. A megfigyelhető részecskék, a mezonok és barionok világa, úgy zár magába két vagy három kvarkot, hogy a végeredménynek már választani kell a két királis állapot között, vagy jobbsodrású, vagy balsodrású a kiralitás, de a kettő együtt nem lehet. Ezért rendelkezik valamennyi megfigyelhető részecske egészszámú töltéssel.
A töltés és a tömeg a részecskék ikertulajdonsága. A közvetlenül megfigyelhetetlen neutrínók és kvarkok töltésére és tömegére csak indirekt módon következtethetünk, a kvarkoknál az segít, hogy a belőlük felépülő részecskék tömegét és töltését meg lehet mérni, de a neutrínó nem építhet fel összetett struktúrát, a neutrínó mindig magányos marad és kölcsönhatása az anyagi világgal rendkívül gyenge és emiatt van, hogy az anyagi világ „megtűri” egy olyan részecske létét, amely egyenlő súllyal hordozza magában a kétféle kiralitást. A fizikai tömeg két funkcióval rendelkezik, az egyik a tehetetlenség a másik a gravitáció. A neutrínónak nincs tehetetlensége, a neutrínó fénysebességgel mozog, de gravitációja mégis lehet. Ez nem ellenkezik a tehetetlen és gravitáló tömeg azonosságával, mert a neutrínó pályája megfigyelhetetlen és az azonosság tétele csak a megfigyelhető objektumokra vonatkozik. A tömegnek ezt a kettősségét – ez vonatkozik a töltésre is –leírhatjuk matematikailag kétdimenziós mátrixokkal, vagy komplex számokkal. Az említett két formalizmusban a tehetetlen tömeget és a töltést a diagonális elemek, illetve a komplex szám valós része képviseli. A neutrínónál a diagonális elemek, illetve a valós rész nulla, de létezik a nem-diagonális elem, illetve az imaginárius rész, ami a gravitáció forrása lehet. Ezért gondolhatjuk, hogy a sötét anyag a neutrínók gravitációs hatásától származik.

SZESZEGO 2015.09.21. 17:23:20

@38Rocky:

OK. Jól értem? A neutrino anyag is meg nem is? Nincs is tömege és van is. Tömege először nagyon kicsinek tűnik, valójában nagyon nagy, csak a szokásos módon számunkra nem érzékelhető. Azért nem érzékelhető, mert a két kiralitás egymást fedi? (Mint a két kéz egymáson?) Abból ered a "kicsi" tömeg, hogy nem tökéletesen fedi egy mást a két kiralitás? (Ennek a matematikai leírása az, hogy a digagonális értéke nulla?) Vagy az előző megállapítás csak érzékeltetés?
Vagy a "kicsi" tömeg csak feltételezés, mert nélküle nem tudja a fizika értelmezni a gravitációt? De az utolsó mondatod szerint a gravitációból van a sötét anyag (nem értem, miért nem a tömegéből? VAgy a kettő - mint ahogy mondod - ikertulajdonság, tehát mindegy, melyikre helyezed a hangsúlyt? VAgy mégsem mindegy?
A neutrinó olyan "antianyag", ami csak kicsi kölcsönhatásban van az anyaggal, tehát egymást nem semmisítik (?) meg?

Itt az olvasó türelmét kérem, mert nekem, mint Mórickának, mindenről a pénz jut eszembe. Valahogy így: azt is két kiralitás, két ellentétes irányú forgás hozza létre: a tartozás, az adósság (mint a váltó, vagy a kötvény) forog az egyik irányban, a pénz pedig a másik irányban (a pénz a fizetés eszközeként a másik irányban forog). DE a PÉNZ is adósság, de nem a felek között létrejövő adósság, hanem a tartozás és ellentéte a követelés - kölcsönhatás terének a forgás terméke? Mert ha nincs forgás, akkor nincs pénz sem. A pénzt az előbbi kettős forgás hozza létre - amely mozgás egyedi ugyan, de csak mint folytonosság tud pénzt alkotni. A pénz tehát a kölcsönhatás (ahogy ahogy korábban hangsúlyoztam, egy viszonynak) terméke. Maga tehát mindkét oldalt : a tartozást és követelést is képviseli: mintegy a két kiralitás egymást fedi: ezért lehet a pénz mint adósság egyben a fizetés eszköze, tehát az adósság (pénz) lép a követelés helyébe (vagyis fedésbe kerülnek egymással). Ezzel azonban az adott ügyletben mindkettő megsemmisül (azaz nincs többé se adósság, se követelés.) De a viszony, az adósság viszony tere újraépül (mert az adósság egyben hajtóerő is.) Az adósság a rendszer alapvető eleme és nem a követelés. (Az anyag az adósság, a követelés az antianyag??) De ez már lehet nagyon erőltetett: de az biztos: a rendszer domináns eleme az adósság és nem a követelés. Az adósság az, ami az emberi lét alapvető viszonya: adós vagyok a teremtésnek, az engem fenntartó természetnek, az engem megteremtő közegemnek, nemzetemnek, családomnak. Ebből következik, hogy a hajtóerő az adósság, annak teljesítése. A követelés pedig csak torz civilizációban válhat dominánssá. Ráadásul úgy, mintha a bankok lennének a teremtés intézményei, és a domináns a banki követelés lesz a nemzettel szemben! HuH!
A fizika világa lehet, hogy egyszerűbb az emberi világnál??

Mező Tamás 2017.02.26. 11:07:20

Kedves Antal!
Nem ismerem sajnos azt a módszert, ahogy a fizikusok kiszámolták a galaxisok tömegét, de nem lehetséges, hogy ők csak az anyagi tömegeket adták össze, és nem számoltak azok dinamikus hatásaival? Mekkora sebességgel haladnak a csillagok és más anyagok a keringési pályájukon, és mekkora látszólagos tömeg tartozik ehhez a sebességhez? Mekkora mértékben torzítják a téridőt? Lehetséges-e, hogy a sebességükkel "örvényeket" keltenek a téridőben, így maga a téridő a "sötét" gravitáció forrása? Ez rímelne arra, hogy a galaxisok külső régiói gyorsabban keringenek a vártnál.

Mező Tamás 2017.02.26. 11:10:34

@Mező Tamás: Folytatva: lehetséges-e, hogy a téridő rugalmas, és a galaxisok a galaxisközi térből "elvonnak" gravitációt? Tehát a galaxisközi térben ezért van látszólagos "negatív" gravitáció (sötét energia)? Tudom, kissé "éteresnek" hangzik... :)

Mező Tamás 2017.02.26. 11:12:16

@Mező Tamás: Más megfogalmazásban: Ahol középpont körüli forgás van, ott kontrakció, ahol pedig forgások közti tér van, ott extrakció lép fel...

Mező Tamás 2017.02.26. 11:34:59

Ha van kontrakció, és expanzió, és a csillagászok a gyorsuló inflációt úgy mérték meg, hogy "lineáris" lépésközönként egyre messzebbre tekintettek (vissza a múltba), akkor még egy dolog felvetődik. A múltba tekintés kisebb térfogatú térbe tekintést jelent. Talán maga az univerzum is forgásban van, talán több dimenzió mentén is, és épp e forgás az, ami meghatározza a fénysebesség nagyságát. Mi van, ha a felfúvódás egyben a fénysebesség változásával is jár?
Tudom, te még egyet felvetettél: hogy nem felfúvódás van, hanem az anyagban sűrűbb részek gyorsabb zsugorodása a ritkább részekhez képest.
Konkrétan nulla támpontot látok amellett, hogy létezne egyfajta "sötét energia", ami gyorsulva fújja fel az univerzumot. Nem szükséges energiával megfogni a kérdést, inkább csak einsteini téridőben is magyarázhatónak tűnnek ezek a jelenségek.

38Rocky 2017.02.27. 08:41:49

@Mező Tamás: Magam sem tudom, hogy dinamikus hatásokat figyelembe vettek-e. Mekkora lehet ez a hatás? Ha a mi galaxisunkból indulunk ki, akkor nem lehet túl nagy, mert a csillagok keringési sebessége nem lehet túl nagy, mert a galaxis teljes tömege kevés ahhoz, hogy kompenzálja a centrifugális erőt. Amennyire tudom az Univerzumban nem lehet megkülönböztetni belső és külső galaxisokat, csak a "tőlünk való" távolságról lehet beszélni. A távoli galaxisok sebessége hozzánk képest persze közel van a fénysebességhez, de ez a mozgás a tér tágulása, amit nem tudom, hogy lehet-e relativisztikus tömegnövekedésnek értelmezni. A sötét tömegre voltaképp dinamikus okokból következtetnek, mert a számítások szerint a vártnál nagyobb a szétrepülést visszatartó gravitációs erő.

38Rocky 2017.02.27. 08:54:49

@Mező Tamás: Ha az egész Univerzum forogna, akkor egyrészt lenne egy forgási centrum, másrészt a forgási irányhoz képest különbséget lehetne tenni különbözőkísérletekkel (Coriolis effektus!). Ezért én nem hiszem, hogy az ilyen forgás létezne. Az Univerzum inflációja a fénysebességnél sokkal gyorsabb növekedést jelent, ami arra utal, hogy a fénysebesség sem állandó az időben. Ezt én úgy magyarázom, hogy a mai "konszolidált" Univerzumunk megköveteli a véges hatássebességet, mert különben felrobbanna. Az infláció viszont maga a robbanás, ezért ott nem érvényesült a fénysebesség állandósága.

38Rocky 2017.02.27. 09:00:51

@Mező Tamás: Számomra az a magyarázat szimpatikusabb, ami az antigravitációs Lambda tagot az Univerzum "születési energiájának" tekinti, de nem érzem a kérdésben döntőbírónak magam.