Az ATOMKI-ben néhány éve a 8Be atommag nagyenergiájú átmeneteinek elektron-pozitron belső párkeltéssel való vizsgálata során egy olyan új anomáliát figyeltünk meg a részecskék szögkorrelációjában, amit egy új részecske (X17) keletkezésével és elektron-pozitron (e+e-) párra történő bomlásával tudtunk megmagyarázni [1]. A jelenség közérthetőbb magyarázata korábbi cikkeinkben található [2016/2 és 2021/10]. Az X17 részecske lehetséges kapcsolata a sötét anyaggal nagy érdeklődést váltott ki, és a cikk [1] több, mint 400 független hivatkozást kapott [2].
Az elmúlt évek során továbbfejlesztettük az általunk épített e+e- pár spektrométert új plasztik szcintillátorokkal és helyérzékeny (DSSD) Si detektorokkal. Ezek kiolvasására egy új adatgyűjtő rendszert is építettünk. A felújított spektrométerrel az ATOMKI Tandetron Gyorsító Laboratóriumában különböző bombázó energiáknál vizsgáltuk a 3H(p,e+e-)4He magreakciót. A keletkezett e+e- párok szögkorrelációjában 115o környékén, minden bombázó energia esetén, szignifikáns eltérést figyeltek meg a szimulált értékektől [3]. Az eltérések maximumainak változása (a 8Be esetén, ahol a maximum szöge 140o körüli volt, és a 4He esetén, ahol a gerjesztési energia jóval nagyobb, a maximum szöge 115o-nak adódott) kinematikai bizonyítékot jelent az X17 részecske létére. A kísérleti eredményeinket a legmodernebb (ab-initio) magfizikai számítások eredményeivel vetettük össze, és azokkal jó egyezést kaptunk.
A legújabb kísérletünkben a 12C Ex= 17.2 MeV-es Jπ = 1− gerjesztett állapotának pozitron-elektron (e+e-) pár kibocsátásával történő bomlását tanulmányoztuk [4]. A fenti Γ=1.15 MeV széles rezonancia állapotot és annak környékét a 11B(p,e+e−)12C magreakcióval gerjesztettük. A kísérleteket most is az ATOMKI Tandetron Laboratóriumában gyorsított (Ep= 1,50, 1,70, 1,88, 2,10 és 2,50 MeV-es energiájú) protonok segítségével végeztük.
A kilépő e+e- párok energiaösszegét és azok szögkorrelációját mértük. Ezen mennyiségek eloszlásainak fő jellemzői jól leírhatók az 1− rezonancia bomlását követő belső párkeltési folyamattal. Az e+e- párok szögkorrelációjának sima, monoton módon csökkenő eloszlásában azonban nagy szögek esetén, 155-160o körül, jelentős csúcsszerű anomáliákat is megfigyeltünk négy különböző proton-energia esetén. Az e+e- eloszlásokban megfigyelt anomáliák ez esetben is jól leírhatóak az X17 részecske keletkezésének és későbbi bomlásának feltételezésével. Az eloszlások és szimulációk összehasonlításával az X17 részecskére kapott invariáns tömeg mXc2 = 17,03 ±0.11(stat.±0.20(syst.)) MeV-nek adódott, ami jól egyezik a korábban publikált értékekkel [1- 4].
Az X17 részecske kibocsátásával történő bomlás megfigyelése a fenti E1 átmenetben alátámasztja a részecske vektoriális jellegét. Igy ez a részecske, az elméletei előrejelzések alapján, valóban jelentős szerepet tölthet be a sötét anyag szerkezetének megismerésében. Eredményeinkről számos nemzetközi konferencián meghívott előadásban számoltam be, és cikk írására kértek fel a Nuclear Physics News-ba is [5].
Hivatkozások:
[1] https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.042501
[2] https://scholar.google.hu/scholar?cites=17391295264019262192&as_sdt=2005&sciodt=0,5&hl=hu
[3] https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.104.044003?ft=1
[4] https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.106.L061601
[5] https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/10619127.2022.2100157