Nehézionok:
Ősanyagot szétcsapó,
										          öklelő bikák.				   				                      (T.D. Lee Nobel díjas fizikus verse)

Egy ősi-új anyag kísérleti előállítása
Csörgő Tamás és Lévai Péter
MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutató Intézet
Budapest 114, Pf 49, 1525
csorgo@sunserv.kfki.hu
plevai@rmki.kfki.hu

   	(2003.V.17,  Brookhaveni  Nemzeti  Laboratórium,  NY, USA) A radiokémiai épület előadótermét különös izgalom lengi be. Négy nagy kísérleti együttműködés -- közel 1300 fizikus és mérnök -- elmúlt féléves munkájáról számol be egy-egy kiválasztott kutató. A kísérletek függetlenek, eddig még ők sem ismerik  egymás eredményeit. Jelen vannak a szakterület vezető elméleti kutatói, a sajtó meghívott képviselői. az előadásokat pedig az interneten keresztül az egész világon követhetik.  A tét igen nagy: maga a Világegyetem! Pontosabban, annak a megértése, hogy mi történt Világegyetemünk születésének első pillanataiban. 

Ezen a fontos és izgalmas 	területen magyar kutatók is jelentős szerepet játszanak. Cikkünk célja, hogy ízelítőt nyújtson a terület világsajtót bejáró legújabb eredményeiről, és ezen belül részletesebb képet adjon  a magyar hozzájárulás mértékéről.

1. Világunk születése
    A Világegyetemünk keletkezését leíró ősi teremtés-mítoszokat a XX. századra felváltották a tudományosan megalapozott, kísérletekkel és elméleti számításokkal gondosan alátámasztott elképzelések. Ezek közül az Ősrobbanás elmélete és a táguló Világegyetem képe adja a legjobb magyarázatot a megfigyelésekre. Eszerint Világegyetemünk egy szinte pontszerű kezdeti állapotban, az Ősrobbanásban született mintegy 15 milliárd éve, és innen jutott el  mai állapotába. Az Albert Einstein által 1915-ben megalkotott általános relativitáselméletre támaszkodva a kozmológia tudománya tárgyalja ezt a fejlődést, nagy sikerrel (Németh, 2003). Ha 15 milliárd évvel ezelőtt egy igen kicsiny térfogatba sűrűsödött össze minden, akkor kézenfekvő a kérdés, hogy milyen tulajdonságokkal is rendelkezett egykoron ez az ősanyag.  Robert H. Dicke elméleti számításokkal kimutatta, hogy ha régen az Univerzum tényleg forró volt, de mostanra kitágult és lehűlt, akkor léteznie kell egy maradvány háttérsugárzásnak a mikrohullámú tartományban. 1964-ben Arno Penzias és Robert W. Wilson a Tejút sugárzását vizsgálva váratlanul talált egy minden irányból egyformán érkező mikrohullámú jelet, felfedezve  ezzel a kozmikus háttérsugárzást. Ezzel elfogadottá vált az Ősrobbanás elmélete.
    Időközben a kísérleti fizikusok egyre több új részecskét fedeztek föl. 1964-ben Murray Gell-Mann és Georges Zweig rámutattak, hogy a protonok, a neutronok és az elemi részecskék egyre gyarapodó serege kirakható  még elemibb alkotókövekbõl,  a “kvark”-oknak nevezett részecskékbõl. A kvarkok közötti erõket pedig a gluonok, a “ragasztó részecskék” közvetítik, melyek egymáshoz is “tapadnak”. Így a korábban javasolt, protonokból és neutronokból álló ősanyag is visszavezethető egy még elemibb, még nagyobb energiasűrűséggel rendelkező anyagra, amely kvarkokból és gluonokból áll. A kvarkok és a gluonok többféle anyagformát is alkothatnak, éppen úgy, ahogyan az atomok is rendeződhetnek szilárd, folyékony, vagy légnemű halmazállapotba. Azonban  a halmazállapotok tulajdonságainak a kiszámítása az elemi kölcsönhatások ismeretében rendkívül nehéz, még az atomok esetén is, a kvarkok és gluonok esetében pedig különösen az.  

 2. Az Ősanyag kísérleti keresése – a CERN korszak
   Világunk születésekor, az Ősrobbanás után néhány milliomod másodpercben az egész Univerzum igen kicsi térfogatú és igen magas hőmérsékletű volt, olyan forró, hogy még a protonok és a neutronok is megolvadtak, és kvarkokra, gluonokra bomlottak. Kérdés, hogy milyen halmazállapotba rendeződhettek ezek a kvarkok és a gluonok. Az egyik lehetőség, hogy újfajta, szabad töltések jelentek meg. Mivel a neoncsövekben világító anyagot a szabad elektromos töltései miatt elektromos plazmának nevezzük, az erős kölcsönhatás szabad (szín)töltéseit hordozó  anyagot kvark-gluon plazmának, angol rövidítéssel QGP-nek nevezhetjük („quark-gluon plasma”). A másik jelenleg népszerű elvi lehetőség, hogy a kölcsönhatásban résztvevő tengernyi gluon egyfajta színes, üvegszerű kollektív állapotot, kondenzátumot  alkot, melynek angol rövidítése CGC („color glass condensate”).  Természetesen a kísérletekben az anyag más, eddig el nem képzelt formáját is feltárhatjuk.
    Ezért igen fontos az a kérdés, hogy elő tudunk-e állítani a laboratóriumban, megismételhető módon,  kvarkokból és gluonokból álló anyagot, vagy anyagokat, és  meg tudjuk-e mérni ezek  különböző tulajdonságait?   Ez azért fontos, mert a részecskefizikai kísérletek és az elméleti számítások ugyan sokat elmondanak egy-egy kvark vagy gluon tulajdonságairól, azonban a belőlük álló anyagok  sokféle  váratlan, meglepő tulajdonságot rejtegethetnek. Gondoljunk csak arra, hogy milyen csodálatosan szép a hópihe, de tulajdonságainak megértéséhez a vízmolekulák elméleti vizsgálatától igen hosszú út vezet.   	
    Természetesen a kvark-gluon plazmát kereső kísérletek elindítása sem ment egyik napról a másikra. Az Egyesült Államokban, a New York melletti Brookhaven Nemzeti Laboratórium területén az addig részecskefizikai kísérletekben használt  AGS gyorsítót 1986-ra tették alkalmassá nehézionok gyorsítására. Előbb szilicium atommagokat, később arany atommagokat lőttek arany atommagokra, valójában egy arany fóliára. A genfi székhelyű Európai  Részecske- és Magfizikai Kutató Intézet (CERN) SPS gyorsítójánál, amit korábban csak proton gyorsítóként használtak, szintén megkezdődtek a nehézion kísérletek. Itt 1986-1992 között oxigén és kén magokat, 1994-1999 között pedig ólom atommagokat gyorsítottak föl az amerikai AGS-nél tízszer nagyobb energiára, majd azokat álló ólom atommagokra (ólom fóliára) lőtték. A CERN-beli NA35, majd a belőle kialakult NA49 kísérletben az elejétől fogva részt vettek  magyar kísérleti fizikusok, akik a detektorok fejlesztésében, és az adatok analízisében úttörő szerepet játszottak. Névsoruk: Barna Dániel, Csató Péter, Fodor Zoltán, Gál József, Hegyi Sándor, Lévai Péter, Molnár József, Pálla Gabriella, Siklér Ferenc, Szentpéteri Imre, Sziklai János, Varga Dezső, Veres Gábor, Vesztergombi György és Zimányi József.
   Kimérték, hogy nehézion ütközésekben a keletkezett un. ritka hadronok (kaonok) száma gyorsabban növekszik a nem-ritka hadronok (pl. pionok) számánál, amennyiben növelik az ütköző atommagok méretét és/vagy ütközési energiáját. Ezt a jelenséget már a kísérletek lefolytatása előtt megjósolták elméleti fizikusok (Biró-Zimányi, 1983), mint a ritka kvark-antikvarkok számának megnövekedésére utaló szignatúrát, ami csak a QGP megjelenése esetén jön létre. A kísérleti fizikusok további érdekes eredményeket találtak a lepton-párok és a bájos részecskék keletkezését vizsgálva, azonban a kísérleti eredmények sok-sok kérdőjelet is hagytak, a QGP megjelenésére utaló jelek nem voltak egyértelműek, a CGC fellépésére utaló jelet pedig egyáltalán nem találtak. 
   A CERN-ben elvégzett, közel 15 éves kutató munka eredményeit 2000 februárjában egy sajtótájékoztató keretében foglalták össze a legjelentősebb kísérleti csoportok. Kijelentették, hogy a CERN-i kísérletekben ugyan látni vélik egy új anyag megjelenésének az első jeleit, azonban további, főként még magasabb energián elvégzett nehézion ütközésekre van szükség a létrejött forró anyag tulajdonságainak pontos meghatározásához. A  CERN SPS által dominált korszak ezzel lezárult. Az LHC gyorsító 2008-ra tervezett beindulásával a CERN várhatóan visszanyeri majd vezető szerepét a kísérleti nehézion-fizikai kutatások területén.
  
3. Az Ősanyag kísérleti keresése – a RHIC korszak kezdete    
2000 nyarán az Egyesült Államokban készen állt a következő nehézion gyorsító, hogy a CERN SPS-nél 10-szer nagyobb energiákon végezzen arany-arany ütközéseket, s ha kell, akkor a közbenső energiákat is végigpásztázza. Ez a gyorsító ismét a Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumban,  AGS gyorsító mellett épült föl és Relativisztikus Nehézion Gyorsítónak (RHIC) nevezték el. A RHIC kimondottan nehézion fizikai kísérletek végzésére épült. A RHIC gyorsító feladata az, hogy korunk legmodernebb technológiáinak felhasználásával képes legyen az anyag ismert  legősibb formáinak előállítására. A várakozások szerint vagy kvark-gluon plazma, vagy színes gluonüveg kondenzátum keletkezik, de nem lehet kizárni a váratlan meglepetéseket sem. A viszonlag kis fizikai méretek miatt az is előfordulhat, hogy nem találunk kollektív, anyagszerű viselkedésre utaló jeleket, sőt az is lehet, hogy mindkét jósolt anyagforma létrejön.  A RHIC célja, hogy közvetlen bizonyítékokkal igazolja az új anyagnak a kísérletekben való megjelenését. Egy hosszú fejlesztési időszak után az építkezés végül 1991-ben kezdődött el és 1999 végére be is befejeződött. Még a korábban félbehagyott ISABELLE részecskefizikai gyorsító  meglévő alagútjának a felhasználásával is közel egymilliárd USD támogatásra volt szükség a RHIC gyorsítónak és detektorainak megépítéséhez. Egy féléves tesztidőszak után 2000 június 12-én jött létre az első, fizikailag is értékelhető arany-arany atommag ütközés. Néhány százezer esemény begyűjtése és kiértékelése után 2000 október 9-én jelent meg az első publikáció a Physical Review Lettersben (Back et al., 2000). Ezzel új korszak kezdődött a nehézion-fizikában.
    A RHIC gyorsító és detektorai sok szempontból alkalmasabbak az atommagok megolvasztására, mint a CERN SPS berendezései. Az ütközőnyalábos elrendezés miatt nagyon jól “belelátunk” az ütközési tartományba, a legnagyobb energiájú részecskék is nagy számban detektálhatóak. Így messze eltávolodhatunk attól a 3-4 GeV-es küszöbtől, ami a CERN SPS-ben a középen keletkező hadronok impulzusának detektálási maximuma volt. (Ez az küszöbérték is felelős volt azért, hogy a CERN kísérletek eredményeit nem lehetett egyértelműen egy koherens, jól definiált képben értelmezni).  A RHIC-nél a detektált részecskék transzverzális impulzusa 2003-ra elérte a 15 GeV-et, s ez az érték idővel még nőni fog. Ez a magas energia érték már egyértelműen átfed a kvarkok és gluonok tulajdonságait  leíró kvantum-színdinamika (QCD) alkalmazhatósági tartományával, azaz a RHIC gyorsítót  egyfajta kvark és gluon-gyárnak is tekinthetjük. Miután a keresett kvark-gluon plazma a kvarkok és gluonok által alkotott közeg, ennek legtöbb tulajdonságát szintén a QCD írja le. A RHIC gyorsító mérőberendezéseinek tervezése során különös figyelmet fordítottak QCD-vel leírható jelenségek tanulmányozására, úgymint a közegen áthatoló próbák, a leptonpárok és a nagyenergiájú fotonok mérhetővé tételére, melyek segítségével a keletkezett anyag legsűrűbb, legforróbb zónájából érkező jeleket is elemezhetünk.
   A kísérletek megindulása előtt az elméleti fizikusok összegyűjtötték azokat a lehetséges mérési eredményeket, amelyek nehézion ütközésekben egyértelműen a kvark-gluon plazma állapot létrejöttére utalnának.  Természetesen a sor a CERN SPS-nél megismert jelenségekkel kezdődik. Igy a QGP megjelenése esetén a RHIC-nél is várható a ritka kvarkot tartalmazó hadronok számának megemelkedése a proton-proton ütközésekben mért értékhez képest. Ugyanakkor a bájos kvark-antikvark párt tartalmazó J/y és y’ részecske számának relatív csökkenését várjuk, mert ezek a részecskék várhatóan felolvadnak a plazma állapotban. Megváltozik a fotonok és az elektron-pozitron párok száma és impulzus eloszlása, mert a plazma más töltésekkel rendelkezik, így másképpen sugárzik, mint egy gerjesztett hadron gáz. Ezeken túl felmerült egy merőben új jelenség is, amely egyértelműen a szín-töltéshez és a kvark-gluon plazma megjelenéséhez köthető. Nevezetesen a nagyon nagy energiájú kvarkok és gluonok (partonok) energiájának csökkenése, illetve ennek következtében a mért hadronok eloszlásának jelentős mérvű eltolódása. A nagy energiájú partonok, miközben áthaladnak a nagy színtöltés sűrűségű kvark-gluon plazmán, természetesen kölcsönhatnak a plazma állapotot alkotó színes részecskékkel, s ez arra kényszeríti őket, hogy kisugározzanak néhány gluont. Így viszont nagy mértékben csökken az energiájuk. A QCD törvényeit figyelembe véve elméletileg meghatározhatjuk, hogy a kisugárzott energia a partonok kezdeti energiájával lesz arányos, nem pedig a befutott úttal – ez a viselkedés merőben eltér az elektromosan töltött részecskék sugárzási energiavesztésétől, ami a befutott úttal arányos, s amit régóta jól ismerünk, valamint sok kísérleti detektorban felhasználunk. A nagyenergiás partonok (idegen szóval ’jetek’) energiavesztésének elméleti vizsgálatából alakult ki a jet-tomográfiai eljárás (Gyulassy-Lévai-Vitev, 2000). Az orvostudományból jól ismerjük, hogy a röntgen-sugarak másképp nyelődnek el lágy szöveten vagy csonton, s a röntgen-tomográfiai eljárás segítségével két- vagy akár három-dimenziós képet kaphatunk az emberi testről. A nehézion fizikában a jet-tomográfia segítségével készíthetünk metszetet arról a forró anyagról, ami az ütközési centrumban kialakult.

4. A RHIC gyorsító kísérletei
   Ahhoz, hogy képet alkothassunk magunknak a nehézion-fizika jelenlegi kísérleti élvonaláról, hasznos felidézni a RHIC gyorsító néhány érdekes tulajdonságát. A 2,4 mérföld azaz 3,8 km kerületű RHIC gyorsító gyűrűje jól látszik a New York melletti Long Island-ról készített űrfelvételeken.  Ebben a 3,6 m-rel a föld felszíne alatt futó alagútban, két, közel kör alakú tárológyűrűben történik a nehézionok gyorsítása. A két gyűrűben egymással ellentétes irányba futva, szupravezető mágnesek által terelve, és elektromágneses hullámok által gyorsítva, sok kör lefutása után érik el a nehézionok a kivánt végsebességet és lendületet.
    Mivel mind az 1740 mágnesben ellenállás nélkül folyik az áram, nagy áramerősséget és igen erős mágneses teret lehet előállítani, így a gyorsítás után a nehézionok végsebessége nagyobb lehet, mint bármilyen jelenleg működő más nehézion-gyorsítóban. E szupravezetés létrehozásához a mágneseket igen alacsony hőmérsékleten, az abszolút nulla fok közelében, 4,5 kelvin, azaz -268,6 °C  alatt kell tartani, amihez  folyékony héliummal való folyamatos hűtés és  igen jó szigetelés szükséges. A gyorsított nyaláb szaggatott, nehézion-csomagokból áll. Az ütközések akkor jönnek létre, amikor két ellentétes irányba haladó csomag átszeli egymást, és ennek során a két csomag egy-egy nehézionja eltalálja egymást. A nehézionok felhevülnek az összecsapódás során. Igen magas, mintegy egybillió, azaz 1012 kelvines hőmérséklet határozható meg a végállapotbeli részecskék sebességeloszlásából. Az elméleti várakozások szerint a protonokat és a neutronokat akkor lehet megolvasztani és kvarkokból és gluonokból álló plazmává alakítani, ha a hőmérséklet meghaladja a 2 billió kelvint. Ez a hőmérséklet több mint százezerszer nagyobb, mint a Nap központi hőmérséklete, ami „csak” 16 millió kelvin, és mintegy háromszáz milliószor forróbb, mint a Nap felszíne, ami mintegy 5800 kelvin. Azonban, ha el is tudjuk érni ezeket a hőmérsékleteket a RHIC nehézion ütközéseiben, az erősen összenyomott állapotban keletkező anyag hirtelen kitágul és lehűl, kölcsönhatásmentessé, “kifagyottá” válik. A jelenlegi mérések szerint ez mintegy 3×10-20 sec alatt megy végbe. Ez az idő roppant kicsi. Míg a fényjel 1 másodperc alatt a Föld kerületénél mintegy hét és félszer több távolságot tesz meg vákuumban, a nehézionfizikai reakciók kifagyási ideje alatt csupán annyi távolságot tud megtenni, mint amekkora a legnagyobb atommagok sugara.
     A RHIC gyorsító által létrehozott nagyenergiájú nehézion ütközésben, a kifagyás után több ezer végállapoti részecske keletkezik, melyek tulajdonságait négy nagy kísérleti berendezés segítségével tanulmányozzák a fizikusok. A keletkezett részecskék számának, fajtájának, lendületük eloszlásának és keletkezésük egymástól való függésének, korrelációiknak a tanulmányozásával próbálunk következtetni az új anyag létrejöttére.  
    A RHIC két gyorsítógyűrűje hat helyen metszi egymást. Ha gyorsítót fölülnézetben egy óra számlapjához hasonlítjuk, a páros óráknál vannak a metszéspontok. Két metszéspontot, a 12 és a 4 órait a nyaláb vizsgálatára használnak fel, a másik négy metszéspontot foglalják el a kísérletek: 2 óránál található a BRAHMS nevű spektrométer, 6 óránál a STAR detektor, 8 óránál a PHENIX, 10 óránál pedig a PHOBOS elnevezésű mérőberendezés. A négy detektor tulajdonságai részben kiegészítik, részben pedig átfedik egymást, így a tervezés szerencsés volta és a kivitelezés sikere nem csak azt tette lehetővé, hogy független kísérletekben ellenőrizhessék egymás eredményeit, hanem a detektorok egyedi tulajdonságai alapján egyfajta nemes vetélkedés is megindulhatott közöttük az ütközésben lezajló folyamatok részleteinek feltárásában. 
   A BRAHMS detektort létrehozó és működtető együttműködésben 6 ország 12 kutatóintézetének és egyetemének 52 kísérleti fizikusa vesz részt. Ez a berendezés kis térszöget lát be, de forgatható, és a kiválasztott tartományban nagyon precízen képes meghatározni a részecskék impulzusát és korrelációit. A négy kísérlet közül a BRAHMS képes arra, hogy az ütköző nehézionok sebességéhez közeli nyalábirányú sebességgel (nagy rapiditással) mozgó végállapoti részecskéket is detektáljon.   
    A PHENIX együttműködésben 12 ország 57 kutatóintézetének mintegy 460 kutatója vett részt eddig összesen. Ez a berendezés a legnagyobb súlyú kísérlet a RHIC-nél, mintegy 3000 tonna. Méretei egy kétemeletes családi ház nagyságához hasonlóak. A többi három detektortól eltérően a PHENIX alkalmas az igen könnyű és nagy áthatolóképességű leptonok, például a müonpárok eloszlásainak a meghatározására, melyek a reakció legsűrűbb és legforróbb zónájából is akadálytalanul hírt tudnak hozni. Emellett a PHENIX képes az erősen kölcsönható részecskék, a hadronok azonosítására és spektrumaiknak, korrelációinak a vizsgálatára is.
     A STAR kísérlet a PHENIX mellett a RHIC gyorsító másik nagy mérőberendezése, melyet jelenleg 10 ország 39 kutatóintézetének 310 kutatójából álló együttműködés üzemeltet, súlya 1200 tonna, nagysága szintén a 2 emeletes családi ház mérete. Specialitása az erősen kölcsönható részecskék fajtájának, számarányainak, impulzuseloszlásának és korrelációinak a vizsgálata, a nyaláb irányára merőleges irányban, szinte teljes térszögben.
      A PHOBOS kísérlet a legkisebb méretű a négy RHIC detektor közül, elférne egy nagyobb íróasztalon.  Így ez a kísérlet a leggyorsabb: a PHOBOS publikálta az első cikket a RHIC  méréseiről. “Mindössze” 3 ország 8 kutatóintézetének és egyetemének 107 kutatója vett részt a berendezés megalkotásában és üzemeltetésében. 

5. Magyar részvétel a PHENIX kísérletben
    2002 végén együttműködési nyilatkozat rögzítette három magyar intézmény: a Debreceni Egyetem Kisérleti Fizikai Tanszéke, az Eötvös Loránd Tudományegyetem Atomfizikai Tanszéke és az  MTA KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet csatlakozását a RHIC gyorsító PHENIX kísérletéhez. Ez alapján a fenti intézmények kutatói hivatalosan is bekapcsolódhattak a PHENIX kísérlet munkájába. Hangsúlyozni szeretnénk ezen belül azt, hogy a csatlakozás a magyar fizikushallgatók és diákok számára is hasznos lehetőséget teremtett arra, hogy bekapcsolódhassanak a világ vezető kísérleti laboratóriumában végzett nehézionfizikai kutatásokba. 1996-ban kezdődött, két szálon futó előkészítő munka gyümölcse érett be.
   Az előkészítésben az egyik kezdeményező szerepet  Dávid Gábor magyar származású amerikai fizikus játszotta, aki a Brookhaveni Nemzeti Laboratórium (BNL) munkatársa. A PHENIX kísérlet alapító tagja,   csoportvezető, a részecskesugarak elnyomásának kísérleti szakértője, debreceni kutatókat vont be a PHENIXbe. A PHENIX-Magyarország  kísérleti együttműködés intézményesítésének megszervezője egyikünk (Cs. T.), 2002 nyarától a Debreceni Egyetem, a KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet és az ELTE Kiss Ádám vezette Atomfizikai Tanszéke, a PHENIX Intézményi Tanácsának egyhangú szavazata alapján, hivatalosan  PHENIX résztvevő intézménnyé vált. A BNL RHIC PHENIX kísérletében résztvevő magyar fizikusok névsora: Csanád Máté, Csörgő Tamás, Deák Ferenc, Dávid Gábor, Imrek József, Kiss Ádám, Hidas Pál, Ster András, Tarján Péter, Veszprémi Viktor, Vértesi Róbert és Zimányi József. (Veres Gábor  egyéni résztvevő a PHOBOS kísérletben). 
     A debreceni csoport tagjai fontos szerepet játszottak a semleges pionok spektrumának meghatározásában, ami  az arany - arany  ütközésekben a részecskesugarak elnyelődésének kisérleti észleléséhez vezetett. Az ELTE és a KFKI RMKI kutatói a PHENIX kísérletben az ütközések frontálisságának meghatározásában vesznek részt, amely szinte valamennyi publikációban az adatok elemzésének egyik alapja.  A PHENIX Magyarország együttműködés kialakításáról,  kutatásainak eredményeiről a Magyar Tudomány kereteit meghaladó, részletes beszámoló is olvasható (Csörgő 2004). Kutatásainkat a Fulbright Bizottság, az MTA az OTKA és az NSF  nemzetközi pályázata, valamint az OTKA tematikus és műszer  pályázatai támogatták. 

6. Látunk-e újfajta anyagot  a RHIC gyorsítónál ?
   Az első eredmények, amelyeket 2001 januárjában, a Quark Matter 2001 konferencián mutattak be, részben igazolták a várakozásokat.  A ritka részecskéknél mért számarányok értelmezésére sikeres javaslatot tettek a kvarkanyag megjelenését feltételező kvark-koaleszcencia modell, az ALCOR használatával (Zimányi  2003). Ez az modell már a CERN SPS-nél is sikeresen működött, és a kvark-koaleszcencia létezése egy fontos bizonyítéka a kvarkok nehézion ütközésben történt kiszabadulásának. A RHIC-nél a  pionok és a kaonok kis impulzus különbségnél fellépő Bose-Einstein korrelációi, a szakterület számos meghatározó elméleti fizikusa számára váratlanul, skálaviselkedést mutattak, mely a szakirodalomban a „RHIC HBT-rejtély” néven is ismert.  Ezt a skálaviselkedést  a magyar-svéd együttműködésben kidolgozott Buda-Lund modell segítségével sikeresen értelmezni tudtuk (Csörgő  2003), megmutatva, hogy a jelenség oka az, hogy minél távolabb van két részecske egymástól, annál gyorsabban távolodnak egymástól, azaz a nehézion ütközésekben létrejövő kis Bumm a Nagy Bummhoz, az Ősrobbanáshoz hasonló Hubble típusú tágulási képet mutat. Ez a váratlan eredmény természetes módon vezetett egy másik, korábban megmagyarázatlan jelenségnek, a táguló tűzgömb elliptikus folyásának rapiditásfüggésének a magyarázatához, és ahhoz a megfigyeléshez, hogy a tűzgömb központjában, a teljes térfogat mintegy 1/8-ad részében a 2 billió kelvines kritikus érték fölé emelkedik a hőmérséklet, ami a QGP keletkezésének közvetett bizonyítéka (Csanád, 2003).
     Nagy meglepetést okozott – de az előző eredményekkel összhangban áll  - a nagy energiájú részecskék  mért energiaeltolódásának a nagysága: olyan nagy mértékű a nagy energiájú kvarkok és gluonok indukált energiavesztése, hogy azt csak a hideg maganyagnál tízszer sűrűbb, színes anyag idézhette elő, amibe szinte „beleragadtak” a nagy energiájú kvarkok és gluonok (Lévai et al., 2002). Az 2002-ig elvégzett arany-arany ütközésekben elvégzett mérések magasabb energiákon is megerősítették ezt az eredményt. Továbbá, a két-részecske szögkorrelációknak a STAR és a PHENIX kísérlet által is vizsgált adatai azt mutatják, hogy ha egy nagyenergiás parton-pár a forró tartomány felületéhez közel keletkezik, akkor a felületről kifelé induló partonból keletkező hadronok megérkeznek a detektorba, de a forró tartományon áthatoló párjának nyoma veszik: a forró tartományban a parton minden energiáját elveszíti és mintegy beleolvad, beleragad a kialakult sűrű anyagba. 
    Időközben ellenőrző jelleggel elvégezték a proton-proton kísérleteket is, ahol nem találták a nyomát az ilyen sűrű, ragacsos anyag kialakulásának, úgy tűnt, hogy az csak nehézion ütközésben jön létre. A proton-proton kísérletek adatainak ismerete nagy pontosságú analízisek elvégzését tette lehetővé. Az elméleti analízisben, a perturbatív QCD eredményeinek proton-proton és arany-arany ütközésekre való alkalmazásában sikeresen vettek részt magyar kutatók (Barnaföldi et al., 2003).
   Ezzel az elméleti irányzattal párhuzamosan egyes elméleti számolások arra utaltak, hogy a nagy energiára felgyorsított atommagok belső szerkezete egy olyan átrendeződésen mehet keresztül, amelynek eredményeképpen egy speciális önárnyékolás jön létre az atommagon belül egymást átfedő protonok és nukleonok partonjai között. Így már az ütközés előtt, a kezdeti állapotban létrejön a CGC állapot, és emmiatt alakul ki az az elnyomás, amit egy végállapoti folyamat eredményének (nevezetesen a plazma állapot, a QGP létrejöttének) is lehet  tulajdonítani.  Az elméleti bizonytalanságot csak kísérletileg lehet eldönteni. Ezért került sor 2003-ban a deuteron-arany ütközések végrehajtására és 2003. május 17-én ezekre az eredményekre vártak a cikk elején említett tudományos rendezvény résztvevői.
    A deuteronban nem lép fel az önárnyékolás, ahhoz kevés a deuteront alkotó  egy-egy neutron és proton. Azaz, ha a deuteron-arany ütközésben fele akkora elnyomást látunk, mint az arany-arany ütközésben, akkor azért a megváltozott arany atommag a felelős és nincs forró sűrű színes anyag. Ha viszont nincs elnyomás, akkor az arany atommag mégsem változik meg a gyorsítás alatt, s ekkor a deuteron-arany ütközés inkább a proton-proton ütközésekre hasonlít – s az arany-arany ütközésben látott elnyomás így egyértelműen egy sűrű anyag keletkezésére utal (Adler et al., 2003). 
  S hogy mi lett az eredmény? 2003 júniusában Brookhavenben sajtótájékoztatón ismertették a kísérleti fizikusok: mind a négy kísérlet azt mutatja, hogy a deuteron-arany ütközésben, a reakció zóna közepén, nyomát sem látni az önárnyékolásnak. Tehát az arany-arany ütközésekben a nagy energiájú részecskesugarak   energiavesztesége egy új anyagforma megjelenése miatt lép fel. Így kisérletileg beigazolódott, hogy egy nagyon sűrű, és igen ragacsos anyag jön létre  az arany-arany atommag ütközések középső tartományában.

7. A legújabb eredmények 
    2003 októberében az Amerikai Fizikai Társulat közgyűlésén a BRAHMS kísérlet bejelentette, hogy ha a reakció közepe helyett a szélét tanulmányozzuk, azaz az arany maggal a nyalábirányban együttmozgó részecskéket vizsgálunk, akkor a d+Au ütközések és az Au+Au ütközések hasonlóan viselkednek. Ez a hasonlóság a színes üvegszerű kondenzátum megjelenésére is utalhat az ütközések szélén. Ennek a más kísérletek által akkor még meg nem erősített eredménynek a tudatában különös izgalommal készülődtek a kutatók a szakterület nagy  seregszemléjére, a Quark Matter 2004 konferenciára, amit Oaklandban (Kalifornia) rendeztek meg 2004 január 11-17 között. A PHENIX kísérlet megerősítette a BRAHMS eredményeit a részecske sugarak elnyomásának rapiditás-függéséről. Ezen adatoknak az elméleti értelmezése jelenleg is folyik. 
     Biztosan állíthatjuk azt, hogy a RHIC gyorsítónál legalább egy újfajta anyagot sikerült létrehoznunk, esetleg kettőt is, de még nem ismerjük pontosan a tulajdonságaikat, azok feltérképezéséhez még további kutatásokra van szükség. Az is biztos ma már, hogy a RHIC gyorsító fizikája gazdagabb annál,  mint amit néhány éve remélni mertünk. 
  A szakterület soron következő, újabb mérföldkövet jelentő világkonferenciáját Budapesten rendezzük meg, 2005 augusztus 1-6 között, Quark Matter 2005 néven, melynek kapcsán újra tájékoztást adunk majd a nehézion-fizika aktuális eredményeiről.

Kulcsszavak:
Világegyetem, ősrobbanás, kvark-gluon plazma, nehézion ütközések, erősen kölcsönható anyag.

Internetes címek:

A CERN SPS gyorsító web-lapja:
    http://cern.web.cern.ch/ 
A RHIC gyorsító honlapja:
     http://www.bnl.gov/rhic/
A CERN SPS 2000. februári sajtótájékoztatója:     
     http://cern.web.cern.ch/CERN/Announcements/2000/NewStateMatter/ 
A BNL RHIC  2003 júniusi sajtótájékoztatója: 
    http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/2003/bnlpr061103.htm
A BNL RHIC  2004 januári sajtótájékoztatója:
    http://www.bnl.gov/bnlweb/pubaf/pr/2004/QM2004.htm 
Csörgő Tamás honlapja: 
    http://www.kfki.hu/~csorgo/  
Lévai Péter honlapja:
    http://www.rmki.kfki.hu/~plevai/
A Quark Matter 2004  konferencia honlapja:
    http://qm2004.lbl.gov/ 
A Quark Matter 2005  konferencia honlapja:
    http://qm2005.kfki.hu/ 

IRODALOM:
Adler, S.S. et al, PHENIX Collaboration (2003):
          Absence of suppression in particle production at large transverse momentum in Ös = 200 GeV d+Au 
         collisions, Physical Review Letters, 91, 072303.
Back, B.B. et al, PHOBOS Collaboration (2000): 
          Charged particle multiplicity near mid-rapidity in central Au+Au collisions at Ös = 56 and 130 AGeV ,
          Physical Review Letters, 85, 3100-3104.
Barnaföldi Gergely – Lévai Péter – Papp Gábor – Fái György (2003): 
          Perturbative QCD results on pion production in pp, PA and AA collisions,
          APH Heavy Ion Physics, 18, 79-89.
Csörgő Tamás (2004)
           Magyar kutatók részvétele a PHENIX-kísérletben – avagy hogyan csináljunk atommagból ősi-új anyagot?
           Fizikai Szemle, 2004 januári szám (nyomdában)
Csörgő Tamás – Ster András (2003): 
          The reconstructed final state of Au+Au collisions from PHENIX and STAR data at Ös = 130 AGeV:
          indication for quark deconfinement at RHIC, APH Heavy Ion Physics, 17, 295-312.
Csanád Máté – Csörgő Tamás  –  Lörstad Bengt  – Ster András  (2004)
         An indication for deconfinement in Au+Au collisions at RHIC, Acta Phys. Pol. B 35, 191 (2004)
Gyulassy Miklós – Lévai Péter – Vitev, Ivan (2000): 
         Non-abelian energy loss at finite opacity, Physical Review Letters, 85, 5535-5538.
Lévai Péter – Papp Gábor – Fai György – Barnaföldi Gergely  (2002): 
         Discovery of  jet-quenching at RHIC and the opacity of the produced gluon plasma,
         Nuclear Physics, A698, 631-634.
Németh Judit (2003): 
          A Világegyetem fejlődése, Magyar Tudomány, XLVIII, 1248-1255.
Zimányi József – Lévai Péter – Biró Tamás (2003): 
          Faces of quark matter,  APH Heavy Ion Physics, 17, 205-217.
A Physical Review Letters 2003 augusztus 15-i számának  a címlapja
          	mely közölte a RHIC gyorsító mind a négy  kísérletének egybecsengő eredményeit:
	http://ojps.aip.org/prl/covers/91_7.jsp