3 Mysteries of the Universe — and a New Force That Might Explain Them | Alex Keshavarzi | TED

Fordító: Zsuzsanna Lőrincz Lektor: Zsuzsa Viola

So today, I’m really here to talk to you all about one thing:

Ma valójában azért jöttem, hogy egyvalamiről beszéljek önöknek:

the universe.

az univerzumról.

In the world of particle physics,

A részecskefizika világában

the ultimate goal is to be able to describe

a végső cél az, hogy képesek legyünk leírni

all the particles and forces that make up our universe.

az összes részecskét és erőt, amely kitölti a világegyetemet.

And while we've made an extraordinary amount of progress in this

És bár óriási haladást értünk el

over the past 100 years,

az elmúlt 100 évben,

we're doing it still,

még mindig dolgozunk ezen,

because there are big mysteries about what the universe is made of

mert továbbra is sok rejtély övezi, hogy mi alkotja az univerzumot,

and how we came to be here.

és hogyan kerültünk ide.

So let me start by introducing you

Hadd kezdjem azzal, hogy bemutatok önöknek hármat

to three of the big mysteries about our universe.

a világegyetem nagy rejtélyei közül.

First, we know that the universe is expanding.

Először is tudjuk, hogy az univerzum tágul.

So astrophysical evidence suggests

Az asztrofizikai bizonyítékok arra utalnak,

that the universe started as a very dense, very hot Big Bang,

hogy a világegyetem egy nagyon sűrű, nagyon forró állapotból

and has since been expanding outwards from that point.

az ősrobbanással kezdődött, és azóta folyamatosan tágul.

However, as a complete shock, in the late '90s,

A 90-es évek végén azonban

a fizikusok megdöbbenéssel fedezték fel, hogy a világegyetem tágulása

physicists discovered that the expansion of the universe

isn't slowing down, as you might expect --

nem lassul - ahogyan azt várnánk -,

it's actually accelerating,

hanem gyorsul,

and we have absolutely no idea as to why this is.

és fogalmunk sincs róla, hogy miért.

All that we know is that some unknown source or force of nature

Csak annyit tudunk, hogy valamilyen ismeretlen forrás

is stretching the universe out in every direction,

vagy természeti erő minden irányban egyre növekvő ütemben

at an ever-increasing rate.

tágítja a világegyetemet.

And because we don't know what that source is,

Mivel nem tudjuk, hogy mi ez a forrás,

we've just called it "dark energy."

sötét energiának neveztük el.

Now, what we do know about dark energy

A sötét energiáról annyit tudunk,

is that it makes up roughly 74 percent of the energy content of our universe.

hogy az univerzum energiatartalmának nagyjából 74 százalékát teszi ki.

So straight off the bat,

Tehát rögzítsük mindjárt az elején,

that's 74 percent of our universe that we know absolutely nothing about.

hogy a világegyetem 74 százalékáról semmit sem tudunk.

Second, we know that 85 percent of all the matter in our universe

Másodszor, tudjuk, hogy a világegyetemben lévő anyag 85 százalékát

is made up of something called dark matter.

egy sötét anyagnak nevezett összetevő teszi ki.

Now, this photo that you're looking at here

Ez a fotó, amit itt látnak,

is a picture from the Hubble Space Telescope,

a Hubble űrtávcső felvétele

which shows a cluster of galaxies

egy galaxishalmazról,

four billion light years away from the Earth.

amely a Földtől négymilliárd fényévre található.

And what's interesting here

Ami itt érdekes,

is the left and right parts of this photograph,

az a fénykép bal és jobb oldala,

because they're actually the same photo.

mert valójában ugyanarról a képről van szó.

But what you're looking at in the right photo

De a jobb oldali képen

is that it's had a blue filter applied to it,

egy kék szűrőt alkalmaztak,

to emphasize the light that's coming towards us

hogy kiemeljék a távoli világegyetemből

from the distant universe.

felénk érkező fényt.

And what you can see is a dark ring,

Amit látunk, az egy sötét gyűrű,

indicating a clearly reduced amount of light coming towards us.

és a felénk érkező fény egyértelműen csökkenő mennyiségét jelzi.

Now we believe that this ring is a halo of dark matter.

Úgy gondoljuk, hogy ez a gyűrű egy sötét anyagból felépülő ún. halo.

Now we have no idea what dark matter is,

Nem tudjuk, hogy mi a sötét anyag,

and we've never observed it in experiments here on Earth,

és itt a Földön kísérletekben soha nem mutattuk ki,

but we know from several corroborating astrophysical observations

de több asztrofizikai megfigyelés is megerősítette,

that it has to be there.

hogy ott kell lennie.

Importantly, another thing that we know about dark matter

Fontos, hogy azt is tudjuk a sötét anyagról,

is that it makes up another 21 percent of the energy content of our universe.

hogy az univerzum energiatartalmának további 21 százalékát teszi ki.

So that, coupled with the dark energy problem,

Ha ezt összeadjuk a sötét energia mennyiségével,

means that we only know what five percent of our universe is made of,

a világegyetem csupán öt százalékát ismerjük,

and the rest is totally dark to us.

a többi teljesen sötét előttünk.

The third problem concerns how we've come to exist at all.

A harmadik probléma azzal kapcsolatos, hogy egyáltalán hogyan létezhetünk.

Now, fundamental particles of matter have their own antimatter particles,

Az anyag elemi részecskéinek megvannak a maguk antianyag-részecskéi,

which are the same as their normal matter counterparts,

amelyek ugyanolyanok, mint a normál anyag részecskéi,

except they have opposite positive or negative charge,

csak ellentétes pozitív vagy negatív töltéssel rendelkeznek,

just like the two ends of a normal, everyday battery.

mint egy normál, hétköznapi elem két vége.

Now together, this charge is equal and balanced.

Ezek a töltések egyenlő nagyságúak, és egyensúlyban vannak.

The electron, for example,

Az elektron például,

which we're a bit more familiar with -- it gives us electricity in our homes --

amit kicsit jobban ismerünk - ez adja az áramot az otthonunkban -,

is negatively charged.

negatív töltésű.

But it has an antimatter partner called the positron,

De van egy antianyag párja, a pozitron,

which is positively charged.

amely pozitív töltésű.

Now to ensure this balance,

Az egyensúly biztosítása érdekében

matter and antimatter are always created and destroyed equally and in pairs.

az anyag és az antianyag mindig párban

és egyenlő mértékben keletkezik és semmisül meg.

This is what all of our theories predict,

Ezt sugallja az összes elméletünk,

and this is what we observe in all of our experiments.

és ezt tapasztaljuk az összes kísérletünkben.

And so in the Big Bang,

Így az ősrobbanás esetében is

we would [have] expected that matter and antimatter

az lenne feltételezhető, hogy az anyag és az antianyag

would have been created in equal amounts,

egyenlő mennyiségben keletkezett,

and so we would expect to see equal amounts of matter and antimatter

következésképp ma is egyenlő mennyiségű anyag és antianyag van

in the universe today.

a világegyetemben.

Azonban szinte minden anyagszerkezet,

However, nearly every structure of matter,

every natural structure of matter in our universe --

minden természetes anyagszerkezet a világegyetemben -

you, me, the Earth, the stars --

önök, én, a Föld, a csillagok -

are made almost entirely of normal matter,

majdnem teljes egészében normál anyagból áll,

leaving a lot of antimatter missing from the balanced equation.

így rengeteg antianyag hiányzik az egyensúlyi egyenletből.

For all you Marvel and Avengers fans out there,

A Marvel- és a Bosszúállók-rajongóknak ez egy kicsit olyan,

it's a bit like someone's just snapped their fingers,

mintha valaki csettintett volna az ujjával,

and half of all the natural stuff in the universe has disappeared.

és az univerzumban lévő természetes dolgok fele eltűnt volna.

There literally should be

Szó szerint

another universe's worth of stuff all around us,

egy másik univerzumnyi anyagnak kellene körülöttünk lennie,

but somehow, it's not there.

de valahogy nincs ott.

And one of the greatest challenges in particle physics today

A részecskefizika egyik legnagyobb kihívása ma az,

hogy kiderítse, mi történt az antianyaggal,

is to figure out what happened to all the antimatter

and why we see an asymmetry between matter and antimatter at all.

és egyáltalán miért áll fenn aszimmetria az anyag és az antianyag között.

So those are three of the big mysteries about our universe.

Ez tehát három rejtély a világegyetem nagy rejtélyei közül.

And that's a lot of what we don't know.

Sokat tesz ki az, amit nem tudunk.

Now, what this means

Ez azt jelenti,

is our current understanding of the universe, up until this point,

hogy jelenlegi tudásunk a világegyetemről mind ez idáig

can't tell us why the universe is the way it is,

nem ad választ, hogy miért olyan az univerzum, amilyen,

or what 95 percent of it is made of.

vagy hogy 95 százalékban miből áll.

But importantly, each of these mysteries --

Fontos azonban, hogy e rejtélyek mindegyike -

what is dark energy, what is dark matter

mi a sötét energia, mi a sötét anyag,

and the matter-antimatter asymmetry in the universe --

és az anyag-antianyag aszimmetria az univerzumban -

could all be solved by finding a new particle

megoldható lenne egy új részecske

or a new force of nature.

vagy egy új természeti erő felfedezésével.

So now, let me introduce you

Most pedig hadd mutassam be önöknek

to our current understanding of the universe.

a világegyetemről alkotott jelenlegi tudásunkat.

This is it.

Íme.

The standard model of particle physics,

A részecskefizika standard modellje,

the mathematical equation, which I’m sure you’re all very used to.

a matematikai egyenlet, amit önök bizonyára jól ismernek.

(Laughter)

(Nevetés)

Which describes how our universe works.

Leírja, hogyan működik a világegyetem.

You can think of it as the recipe

Úgy is felfoghatjuk, mint annak receptjét,

for how all the particles and forces in the universe

hogy az univerzumban lévő részecskék és erők

interact and result in the structures of matter

hogyan lépnek kölcsönhatásba,

és hogyan határozzák meg a körülöttünk lévő anyag szerkezetét.

that we see around us.

Now this equation represents a huge level of achievement

Ez az egyenlet az elmúlt 100 év

over the past 100 years,

hatalmas eredményét tükrözi,

and in its full form, it's much longer, but simplified,

és teljes formájában sokkal hosszabb,

like this,

de így leegyszerűsítve

you see a very elegant, I think,

nagyon elegáns, úgy hiszem,

elegant representation of the structure of matter.

elegáns ábrázolása az anyag szerkezetének.

And then, if that equation is the recipe,

Ha az egyenlet a recept,

then these are the ingredients.

akkor íme, a hozzávalók.

Just 17 ingredients, 17 fundamental particles,

Mindössze 17 összetevő, 17 alapvető részecske,

where "fundamental" here means they're not known to have a substructure,

ahol az “alapvető” azt jelenti, hogy nincsenek ismert alstruktúráik,

they're not known to be composed of any smaller particles.

nincsenek ismert még kisebb részecskéi.

And together with the equation on the previous slide,

Az előző dián látható egyenletekkel együtt

they make up the standard model of particle physics.

ezek alkotják a részecskefizika standard modelljét.

And it is our best, most tested and globally accepted theory

Ez a legjobb, legtöbbet tesztelt és világszerte elfogadott elméletünk

of all the known particles and forces in the universe.

a világegyetem ismert részecskéiről és erőiről.

And it's given rise to much of what we take for granted

Ez adja az alapját sok mindennek,

amit mai modern világunkban természetesnek veszünk.

in the modern world of today.

A good example would be our ability now to harness the energy from the Sun,

Jó példa erre a Napból érkező energia hasznosítása:

where our ability to use solar power and our moves towards nuclear fusion

a napenergia felhasználása és a magfúzió alkalmazása

couldn't be possible

nem lenne lehetséges

without understanding the particles and forces of the standard model.

a standard modell részecskéinek és erőinek megértése nélkül.

Now, whilst the standard model has been so successful

Miközben a standard modell sikeresen teszteli azokat a jelenségeket,

at testing the phenomena that we can test here on Earth,

amelyeket itt a Földön meg tudunk vizsgálni,

it cannot accommodate and has no explanation for

a világegyetem nagy rejtélyeit

those big mysteries about our universe.

nem tudja magába foglalni és megmagyarázni.

And so it's at this point that I'd like to introduce you

Ezen a ponton szeretnék bemutatni önöknek

to a particular particle,

egy különleges részecskét,

and the hero of our story, the muon.

történetünk hősét, a müont.

Now, muons may seem unfamiliar to you all,

A müonok talán ismeretlenek önök előtt,

but actually, they’re around us all the time.

de valójában állandóan körülöttünk vannak.

Cosmic rays that hit the Earth's atmosphere

A Föld légkörét érő kozmikus sugárzás következtében

result in showers of muons that constantly bombard the Earth.

a müonok folyamatosan bombázzák a Földet.

You may be surprised to learn, for example,

Talán meglepi önöket, hogy például

that there are, on average, 30 muons

másodpercenként átlagosan 30 müon

traveling through each and every one of you every second.

halad át mindannyiuk testén.

Now, muons can be thought of, quite simply,

A müonokat egész egyszerűen

as the heavy cousin of the electron,

az elektron nagytestvérének tekinthetjük;

and they sit next to the electron in this picture,

itt a képen az elektron mellett helyezkednek el,

and they're about 200 times heavier.

és körülbelül 200-szor nehezebbek.

But importantly, they’re an ideal tool for physicists to use

Még fontosabb, hogy ideális eszközök a fizikusok számára abban,

to search and look for new particles and forces

hogy új részecskéket és erőket keressenek

to explain those big mysteries.

a nagy rejtélyek megmagyarázásához.

And so why is that?

Miért lehetséges ez?

Well, let's assume for a second that we can represent a muon

Nos, tegyük fel egy pillanatra, hogy le tudunk képezni egy müont

by this gyroscope.

ezzel a giroszkóppal.

When you spin a gyroscope,

Amikor egy giroszkópot megpörgetünk,

it wobbles around its axis, just like that.

az a tengelye körül forog.

And muons have an identical behavior

A müonok ugyanígy viselkednek,

when you place them in a magnetic field, they spin and they wobble.

amikor mágneses mezőbe helyezzük őket: pörögnek és forognak.

Now whilst they're doing this,

Mindeközben

the muon will come into contact

kapcsolatba kerülnek

with any and all other particles in the universe,

a világegyetem minden más részecskéjével,

standard model or otherwise.

legyen az a standard modellen belül vagy kívül.

And in fact, it's the interaction of the muon with those other particles

Valójában a müon és a részecskék kölcsönhatása határozza meg,

that defines how fast it wobbles.

hogy milyen gyorsan forog a müon.

In essence, the more different particles

Lényegében minél több különböző részecske

that bounce off the muon whilst it is wobbling,

pattan vissza a müonról, miközben az forog,

the faster it will wobble.

annál gyorsabban forog.

And so then this is what we want to measure --

Tehát ezt akarjuk megmérni,

how fast muons wobble in a magnetic field

hogy milyen gyorsan forognak a müonok a mágneses mezőben

due to their interaction with all the particles and forces

annak hatására, hogy kölcsönhatásba lépnek

az univerzum részecskéivel és erőivel.

in the universe.

Now so far, no new particle or force outside of the standard model

Eddig még nem fedeztek fel olyan új részecskét vagy erőt,

that could explain those big mysteries about our universe

amely a standard modellen kívül esik, és megmagyarázhatná

has ever been discovered.

a világegyetem nagy rejtélyeit.

But the point to reemphasize

De a lényeg, amit újra hangsúlyozni kell,

is that the rate or the speed by which muons wobble

hogy amikor mágneses mezőbe helyezzük a müonokat,

when we place them in a magnetic field

forgásuk gyorsaságát, sebességét

is directly defined by all the particles and forces in the universe

közvetlenül az univerzum azon részecskéi és erői határozzák meg,

that it comes into contact with.

amelyekkel kapcsolatba kerülnek.

And so, if we can measure very precisely how fast they wobble,

Ha nagyon pontosan meg tudjuk mérni, hogy milyen gyorsan forognak,

we can then compare that to the theoretical prediction

akkor ezt össze tudjuk hasonlítani azzal az elméleti előrejelzéssel,

of how fast they should wobble

hogy milyen gyorsan kellene forogniuk

from just the particles and forces of the standard model.

csak a standard modell részecskéitől és erőitől.

And then, if the measurement was found to be different and larger and disagree,

És ha kiderülne, hogy a mérések értékei eltérnek, nagyobbak, nem egyformák,

then it would be an indication of new particles or forces

akkor az a standard modellen kívüli új részecskékre

outside of the standard model

vagy erőkre utalna,

that could explain those big mysteries about our universe.

amelyek megmagyarázhatnák a világegyetem nagy rejtélyeit.

An experiment I work on has done just that.

Egy kísérlet, amelyen dolgozom, éppen ezt tette.

This is the Muon g-2 experiment located at Fermilab,

Ez a Müon g-2 kísérlet

a Chicago melletti Fermilab részecskegyorsítóban.

on the outskirts of Chicago.

This ring, which you can see here,

Ez a gyűrű, amit itt láthatnak,

is about 20 meters in diameter,

körülbelül 20 méter átmérőjű,

and it's what's called a storage ring magnet.

és egy úgynevezett tárológyűrű.

It's a ring in which we store muons inside a magnetic field,

Ebben a gyűrűben a müonokat mágneses mezőben tároljuk;

which causes them to wobble.

ez váltja ki a forgásukat.

We then make our measurements of how fast they wobble

Ezután méréseket végzünk, hogy milyen gyorsan forognak,

and compare that to the theory.

és ezt összehasonlítjuk az elmélettel.

Now, this experiment released its first result in April of 2021,

A kísérlet 2021 áprilisában közölte első eredményét,

and the take-home message of this talk

és ennek az előadásnak a fő mondanivalója,

is that the result I am presenting to you here today,

hogy az eredmény, melyet most bemutatok önöknek

from the Muon g-2 experiment,

a Müon g-2 kísérletből,

is the closest glimpse that we've had to seeing a new particle or force

a lehető legközelebb vihet bennünket egy új részecske vagy erő felfedezéséhez

here in a laboratory on Earth.

itt a Földön, egy laboratóriumban.

And this is that result here.

És íme, itt az eredmény.

So let me take some time to explain to you what this graph is showing.

Hadd magyarázzam el, hogy mit mutat ez a grafikon.

On the x-axis are the values for how fast muons wobble

Az x tengelyen az értékek azt mutatják, hogy milyen gyorsan forognak a müonok,

when we place them in a magnetic field.

amikor mágneses mezőbe helyezzük őket.

The green marker on the left

A bal oldali zöld jel

is the theoretical prediction for how fast they wobble,

az elméleti előrejelzés, hogy milyen gyorsan forognak

from just the particles of the standard model,

csak a standard modell részecskéitől,

and the green band defines the uncertainty on that prediction.

a zöld sáv pedig az előrejelzés bizonytalanságát jelöli.

The orange marker on the right is the new experimental measurement

A jobb oldali narancssárga jel

a Fermilab Müon g-2 kísérletéből származó új mérés,

from the Fermilab Muon g-2 experiment,

and the orange band defines the uncertainty on that measurement.

és a narancssárga sáv a mérés bizonytalanságát jelöli.

And by uncertainty, I mean we're statistically certain

Bizonytalanságon azt értem, hogy statisztikailag biztosak vagyunk abban,

that both the prediction and the measurement,

hogy mind az előrejelzés, mind a mérés értékei

the value for each should be inside their respective bands.

a saját sávjukon belül vannak.

And what you can see is not only do those bands not overlap,

Láthatják, hogy ezek a sávok nemcsak hogy nem fedik egymást,

but they differ by quite a large amount,

hanem jelentős különbséget mutatnak;

that white gap in the middle indicating a clear disagreement

a középen lévő fehér rés jelzi, hogy egyértelmű eltérés van

between the two values.

a két érték között.

What this means is that when muons are placed in a magnetic field,

Vagyis, amikor a müonok mágneses mezőbe kerülnek,

they wobble faster than what the theory predicts.

gyorsabban forognak, mint ahogy azt az elmélet előrejelzi.

So all the known particles and forces of the standard model

Tehát a standard modell ismert részecskéi és erői

have failed to predict how fast muons have wobbled.

nem adták ki, hogy a müonok milyen gyorsan forogtak a kísérletben.

And what does this suggest?

Mire utal ez?

Well, it suggests that there are new particles or forces

Nos, arra, hogy vannak új részecskék vagy erők,

that aren’t part of that globally accepted theory

amelyek nem részei a globálisan elfogadott elméletnek,

interacting with the muons and causing them to wobble faster.

és amelyek kölcsönhatásba lépve a müonokkal gyorsabb forgást okoznak.

Now, a reason why physicists are so excited about this result

A fizikusok azért izgatottak az eredmény miatt,

is that the chance that this result is a fluke, statistically,

mert annak az esélye, hogy ez az eredmény véletlen,

is one in 40,000.

statisztikailag 1:40 000.

So that's the same as saying that there's a 99.9975 percent chance

Ez ugyanaz, mintha azt mondanánk, hogy 99,9975 százalék az esélye annak,

that we've seen the influence of a new particle or force

hogy egy új részecske vagy erő hatását láttuk

here, in a laboratory on Earth.

itt, egy földi laboratóriumban.

But a word of caution.

De nem árt az óvatosság.

Physicists actually set a much stricter threshold

A fizikusok sokkal szigorúbb küszöbértéket határoznak meg,

by which they can claim a discovery,

amelynél felfedezést állapíthatnak meg,

and that is the chance the result is a fluke

és az esély, hogy az eredmény véletlen,

cannot be more than one in 3.5 million.

nem lehet nagyobb, mint 1:3,5 millió.

And so we haven't reached that discovery threshold yet,

Tehát még nem értük el a felfedezési küszöböt,

and so we can't definitively say

és nem jelenthetjük ki határozottan,

that we've seen the influence of a new particle or force.

hogy egy új részecske vagy erő hatását láttuk.

And the reality is that,

A helyzet az,

to reach the one-in-3.5-million threshold,

hogy az 1:3,5 millió küszöb eléréséhez

there's a lot of work to be done.

még rengeteg munka vár ránk.

But that work is being done right now

De ez a munka most is folyik,

and will continue to be done over the coming years.

és az elkövetkező években tovább folytatódik.

So what does this all mean?

Mit jelent mindez?

Well, first, any result from the Muon g-2 experiment,

Először is, a Müon g-2 kísérlet bármilyen eredménye,

even a result that says there were no new particles or forces,

még az is, amely azt mondja, hogy nem voltak új részecskék vagy erők,

would be a good result.

jó eredmény lenne.

That is science, right?

Ez a tudomány, igaz?

Sometimes, it's not discovering new things,

Néha nem új dolgokat fedez fel,

sometimes, it's just confirming old things.

néha csak megerősít régi dolgokat.

And even if that were the case,

Még ha így is lenne,

the by-products of particle physics experiments

a részecskefizikai kísérletek melléktermékei

have been advancing human civilization for much of the past 100 years.

az elmúlt 100 év nagy részében előrevitték az emberi civilizációt.

Modern electronics, the internet, satellite navigation --

A modern elektronika, az internet, a műholdas navigáció:

these are all by-products of particle physics experiments or endeavors.

ezek mind részecskefizikai kísérletek vagy törekvések melléktermékei.

And there's no telling

És nem lehet megmondani,

what experiments like the Muon g-2 experiment

hogy az olyan kísérletek, mint a Müon g-2,

could do for us in the future.

mi hozhatnak a jövőben.

But if that were the case, and we found no new particle or force,

De ha ez lenne a helyzet, és nem találnánk új részecskét vagy erőt,

then we wouldn't be able to explain those big mysteries about our universe --

akkor nem lennénk képesek megmagyarázni a világegyetem nagy rejtélyeit.

what is dark energy, what is dark matter

Mi a sötét energia, mi a sötét anyag,

and where did all the antimatter go?

és hová tűnt az összes antianyag?

Whatever the outcome,

Bármi lesz is,

the Muon g-2 experiment will keep releasing results,

a Müon g-2 kísérlet az elkövetkező években

továbbra is közölni fogja az eredményeket,

in the next few years,

that will continue to test our understanding

amelyek kétségbe vonhatják

a valóság szövetéről alkotott képünket.

of the fabric of reality.

I, for one, am really excited about it,

Én magam nagyon izgatott vagyok,

and I really hope you stay tuned with us

és remélem, figyelemmel kísérik,

to find out if we've definitively discovered a new particle or force,

hogy tényleg felfedeztünk-e, most először,

egy új részecskét vagy erőt.

for the first time.

Thank you very much.

Köszönöm szépen.

(Taps)

(Applause)