A mechanikai terhelésnek kitett felületek kopásállósága és kémiai korrózió-állósága felületkezelési eljárások segítségével nagymértékben javítható. Ezen módszerek egyike a széleskörűen alkalmazott boridálás, ahol a vasmintát magas bórkoncentrációjú szénporba ágyazzák és kemencében hőkezelik. A bóratomok termikus gerjesztés hatására diffúzió útján bejutnak az anyagba, ami bórkoncentráció-gradienst és vas esetében két különböző, FeB és Fe₂B borid fázisból álló réteget eredményez. A két fázis eltérő kristályszerkezettel és eltérő hőtágulási együtthatóval rendelkezik. Ez mechanikai instabilitáshoz és emiatt peelinghez, azaz felületi réteg leválásához vezet.

A kettős fázisszerkezet elkerülése érdekében a bórt ionimplantációval vittük be a mintáinkba, ami nem diffúziós alapú módszer. Közleményünkben a vas nagy dózisú bór-implantációjával kapcsolatos új eredményeinkről számolunk be. A bórionokat 6,9⋅10¹⁷ ion/cm² névleges fluenssel implantáltuk a polikristályos vaslemezek felületi rétegébe, 25 keV kinetikus energiával, szobahőmérsékleten. Az implantációt követően 1 órán keresztül 400 °C hőmérsékleten hőkezeltük. A minták felületi rétegét a kémiai összetevők és a kémiai állapotok mélységprofil-elemzésével jellemeztük a hőkezelés előtt és után. Megfigyeltük, hogy amikor az implantációs dózis elég nagy volt ahhoz, hogy amorf réteg jöjjön létre, a vas és bór atomok közötti kémiai kötések főként FeB típusúak voltak. Kísérletileg kimutattuk, hogy ezek a FeB kémiai kötések magas hőmérsékletű hőkezeléssel Fe₂B kötésekké alakulnak át. A minták kristályszerkezetét röntgendiffrakciós mérésekkel elemeztük, amelyek alátámasztják eredményeinket: a frissen beültetett minták csak FeB-t, a hőkezelt minták Fe₂B-t és FeB-t is tartalmaznak főként amorf szerkezetben.

Az üvegházhatású gázok nélkül nem lenne élet a Földön, hiszen ezek biztosítják bolygónk energiakiegyenlítő rendszerének működését, és fenntartják a Föld átlagos felszíni hőmérsékletét. Az ipari forradalom óta azonban folyamatosan növekednek az emberi eredetű, más néven antropogén kibocsátások, amik az egyik fő okozói a globális felmelegedésnek. A legmeghatározóbb üvegházhatású gáz a szén-dioxid (CO₂), ami emberi forrásból elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok égetésével kerül a légkörbe. Ahhoz, hogy meghatározhassuk egy adott mintavételi pont éves fosszilis kibocsátását nagyon pontos szén-dioxid koncentráció, valamint szén izotóp azon belül is radiokarbon (¹⁴C) mérésekre van szükség. Mivel ezekhez az ATOMKI-ban minden technológiai feltétel adott, izgalmas lehetőséget jelentett számunkra a COVID–19 járvány idején bevezetett lezárások hatásainak vizsgálata. A kutatáshoz Európa egyik legrégebbi múltra visszatekintő, ma már az ICOS (Integrated Carbon Observation System) hálózat részeként működő hegyhátsáli mérőállomás 2014 és 2020 közötti légköri CO₂- és ¹⁴C-méréseit vettük alapul. A hagyományos légköri méréseket passzív, faévgyűrű-alapú vizsgálatokkal egészítettük ki három mintavételi helyszínen: a háttérként szolgáló Hegyhátsálon, valamint fővárosban és Debrecenben. A faévgyűrű alapú radiokarbon mérések alkalmazásával megbecsülhető, hogy egy adott helyszínen az adott év során mekkora volt a légköri fosszilis szén-dioxid terhelés.

Az eredmények alapján bebizonyosodott, hogy hegyhátsáli háttérállomáson a CO₂ koncentrációk folyamatos, a globálisan is megfigyelt növekedést mutattak (kb. 15 ppm hat év alatt). A vegetációs időszakban alacsonyabb, a fűtési időszakban magasabb koncentrációkat mértünk és a járvány ideje alatt nem volt kimutatható jelentős változás sem a CO₂ koncentráció sem a ¹⁴C eredményekben az előző időszakhoz képest. A faévgyűrűkön végzett ¹⁴C vizsgálatok is megerősítették ezeket a megfigyeléseket, mivel a debreceni minták a háttérállomáshoz hasonló értékeket mutattak, vagyis csekély fosszilis szénterhelés volt jelen. Budapesten viszont egy különösen forgalmas belvárosi ponton a Déli-pályaudvar közelében jelentős többletet figyeltünk meg. Ez a kutatás bebizonyította, hogy habár a COVID–19 korlátozások idején bizonyos emberi tevékenységek csökkentek, ezeknek a hatása nem volt elegendő ahhoz, hogy jelentősen megváltozzon a szén-dioxid antropogén kibocsátás az országos több pontján. Ugyanakkor izgalmas eredmény, hogy a vizsgálat rávilágított: a módszer alkalmas a helyi különbségek detektálására, és jól használható a fosszilis szénterhelés térbeli változatosságának feltérképezésére így jó alapot szolgálhat városi környezetek légköri terhelésének pontosabb vizsgálatánál.

A cikk bemutatja, hogyan lehet nanoarany részecskéket inert szilika aerogél struktúrába beágyazni annak érdekében, hogy katalitikus aktivitásukat megőrizzük és visszanyerjük. A nanoarany kiváló katalizátor ugyan, de hátránya, hogy nehezen visszanyerhető és környezeti terhelést okozhat. A szilika aerogél, amely inert, nagy aktív felülettel rendelkezik és teljesen átjárható, ideális közeg a nanoarany immobilizálására.

A közvetlen beágyazás során azonban a nanorészecskék aggregációja problémát okoz, ami csökkenti a katalitikus aktivitást. A szerzők két megoldást javasolnak: egy bonyolultabb védőpolimeres eljárás alkalmazását, vagy egy egyszerűbb, termikus kezelést. Kutatásaik szerint a megfelelő hőkezelés segítségével a nanoarany részecskék újra diszintegrálhatók, és katalitikus aktivitásuk visszanyerhető.

A tanulmány emellett összefüggést tárt fel a felületi aranyrétegek és a beágyazott nanoarany részecskék termikus viselkedése között, ami gyakorlati haszonnal jár a környezeti terhelés csökkentése és a költségek optimalizálása szempontjából.

Ezzel az eljárással nemcsak a nanoarany részecskék hatékonyságát lehet növelni, de hozzájárulunk egy környezetbarát és gazdaságos technológia kifejlesztésének alapjaihoz is.

Jól ismert jelenség, hogy az atommagok nagyenergiás állapotainak legerjesztődésekor elektron-pozitron párok is keletkezhetnek, amik egymáshoz képest mért szögének az eloszlása (szögkorrelációja) elméletileg pontosan leírható. 2016-ban az ATOMKI-ban a 8Be atommag 18.15 MeV-es átmenete során a fenti leírástól szignifikánsan eltérő szögkorrelációt mértünk, amit egy új, ~17 MeV/c² tömegű, az irodalomban X17-nek elnevezett részecske keletkezésével és elektron-pozitron párra történő bomlásával magyaráztunk. Hasonló eltéréseket figyeltünk meg később a ⁴He és a ¹²C átmeneteiben is, amiket ugyanazzal az X17 részecskével meg tudtunk magyarázni.

A most publikált munkánkban a ⁸Be atommag óriás dipólus rezonanciájának (GDR) a bomlásakor keletkező elektron-pozitron párok szögkorrelációját mértük, és ott is sikerült kimutatnunk az X17 részecske megjelenését. Mivel ez a rezonancia az atommagok általános tulajdonsága, és minden elérhető atommagban megfigyelték már, nem valószínű, hogy az általunk megfigyelt eltéréseket (anomáliákat) valamiféle magfizikai effektus okozza.

Az X17 részecske lehetséges kapcsolata a sötét anyaggal különösen nagy érdeklődést váltott ki a világ atommag- és részecskefizikusai körében. Az elmúlt években több száz elméleti fizikus próbálta meg értelmezni az X17 részecskét. A kísérleti fizikusok pedig új kísérleteket terveznek a részecske független kimutatására.

A jelen munkában egy rövid összefoglalót adtunk az eredményeinket megerősítő kísérletekről, és azokról is, amik, várhatóan a közeljövőben alátámasztják, vagy megcáfolják az X17 részecske létezését.

Tradicionálisan több módszer létezik a radiokarbon (C-14) izotóp mennyiségi meghatározására, vagy a szén izotóparányok vizsgálatára. Ezen módszerek a HUN-REN Atommagkutat Intézetben is mind rendelkezésre állnak, ahol lehetőség van gázproporcionális számlálót, folyadékszcintillációs számlálót, vagy akár gyorsítós tömegspektrométert (AMS) alkalmazni a minták radiokarbon tartalmának vizsgálatára. Napjainkban viszont egy új technika jelent meg, amely lézerspektroszkópiai megközelítést alkalmaz a minták C-14 tartalmának vizsgálatára. Ez a módszer már több esetben bizonyította alkalmasságát radiokarbonban dúsult minták, mint például atomerőművek reaktorából származó anyagok pontos C-14 tartalmának meghatározására. Idő közben az alkalmazások területe szélesedik, a módszer a természetes szintű izotóparányok vizsgálatára is alkalmassá vált, habár a mérés pontossága még nem éri el a tömegspektrometria szintjét, de már alkalmazható ipari eredetű minták, mint például üzemanyagok pontos C-14 tartalmának meghatározására. Így, mivel a radiokarbon módszerrel képesek lehetünk a fosszilis és modern biológiai forrásból származó anyagok pontos elkülönítésére, a minták biokomponens tartalmának meghatározására is alkalmazható a módszer.

A tanulmányban az iparban és kereskedelmi forgalomban előforduló biokomponens arányokból válogatott műanyagminták összehasonlító analitikai elemzését végeztük el, az iparban potenciálisan előforduló teljes skála lefedésével. A méréseket a HUN-REN Atommagkutató Intézetben és az olaszországi CNR-National Optical Institute laboratóriumaiban hajtottuk végre.

Az összehasonlítás alapjául a nemzetközi szabványokban alkalmazott, elfogadott AMS módszer vettük. Az elvégzett vizsgálat jól mutatta, hogy az AMS és a lézerspektoszkópiai eljárás között nem figyelhető meg szisztematikus eltérés, a lézeres módszer képes volt a ¹⁴C/¹²C izotóparány meghatározására kisebb, mint 1 % pontossággal, ami jól szemlélteti, hogy a módszer nem csak ipari, de akár tudományos színvonalú kutatások, vizsgálatok lefolytatására is érett. Ugyan a mérés bizonytalansága kisebb biokomponens-tartalomnál (<10%) nagyobbnak bizonyult, mint az AMS módszeré, még mindig eléri a nemzetközi szabványok elvárt bizonytalanságát. A módszer elterjedése segítheti a zöld átállást, és az ipari hamisítások korai felismerését, az olcsóbb, de pontos radiokarbonmérések elérhetőségét. Az ilyen jellegű összehasonlító vizsgálatok segítik az új módszerek elterjedését, elismertségét.

A Világegyetem tágulását leíró Friedmann-egyenletek kiegészíthetők anyagterek mozgásegyenleteivel, amik együtt egy csatolt differenciál egyenletrendszert alkotnak. Ennek megoldása az Univerzum időfejlődésének egy precízebb leírását adja. Ez tovább pontosítható kvantumhatások figyelembe vételével, amit legegyszerűbb módon az anyagterek mozgásegyenleteiben szereplő csatolások, úgynevezett renormálási csoport (RG) futásának származtatásával tehetünk meg. Mivel a táguló Világegyetem folyamatosan hűl, ezért az időbeli és termikus fejlődése összekapcsolható egymással. Ennek megfelelően, a részecskegyorsítók fizikai folyamatainak elméleti leírásánál használt, lényegében nulla hőmérsékleten megfogalmazott RG-módszert ki kell terjesztenünk véges hőmérsékletekre kozmológiai alkalmazások esetében.

Az RG módszer véges hőmérsékletű kiterjesztése jól ismert a szakirodalomban, azonban ellentmondásoktól nem mentes. Például a perturbatív RG keretében a T hőmérséklet értékét hozzá szokás kapcsolni az RG futást jellemző impulzus dimenziójú k-skálához (természetes egységekben), T = k/(2π), míg a nem-perturbatív megközelítés során a T értéke rögzített, azaz nem a változó k-skálához, hanem egy konstans impulzushoz kötik. Az utóbbi választás oka az, hogy a nem-perturbatív RG módszerben a k-skálát a kvantumhatások figyelembe vétele miatt vezettük be, amit úgy tudunk végrehajtani, hogy k-val nullához tartunk és ebben a határesetben kapjuk a csatolási állandók kvantumeffektusokkal “felöltöztetett” értékét, viszont így a k-hoz rögzített T is nullához tartana, tehát konstans impulzushoz rögzítik.

A fent vázolt ellentmondás feloldására javasoltuk a szokásos véges hőmérsékletű RG megközelítés módosítását, ahol a T paramétert a futó RG skálához kapcsoltuk, T = τ k, azonban így nem T, hanem a dimenziótlan τ játsza a táguló univerzum hőmérsékletének szerepét. Megmutattuk, hogy a τ függvényében értelmezett fázisátalakulással orvosolható a legegyszerűbb Higgs-inflációs modell „trivialitási problémája”.

Az ábrán látható a legegyszerűbb Higgs-inflációs modell termikus RG flow-diagramja 4 dimenzióban. A nyilak jelölik az eltűnő k értékek irányát. A modellnek két fázisa van, amit τ = 0 esetén a függőleges tengellyel szinte teljesen átfedő, függőleges szaggatott vonal választ el egymástól, ami azt jelenti, hogy nincs különbség a klasszikus és a kvantumos fázisszerkezet között. Ezt a trivialitási problémát oldja meg az, hogy τ függvényében a szaggatott vonalak eltérnek a függőlegestől ezért a klasszikus és a kvantumos fázisszerkezet elválik egymástól.