Fizikçilerin aradığı gizemli ‘X parçacıkları' tespit edildi | Pelerin Kutusu | Bilim Sanat Yazılım Kitap Oyun Teknoloji Gündemi

Fizikçilerin aradığı gizemli ‘X parçacıkları’ tespit edildi

Michelle Starr

Bilim insanları birinci defa, Büyük Patlama’dan çabucak sonra ortaya çıkan ‘ilkel çorba’ içerisinde kısa bir müddet içinde oluştuğu düşünülen gizemli bir parçacığı tespit edebildiler. Parçacık tam olarak Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda kurşun iyonlarının çarpıştırılmasıyla yaratılan ve ‘kuark-gluon plazması’* ismi verilen bir ortamda gözlemlendi. Fizikçiler, çarpıştırıcıda, bu çarpışmaların yarattığı trilyonlarca parçacığın ortasında, ‘X parçacıkları’ diye isimlendirilen egzotik parçacıklardan 100 adedini tanımlamayı başardılar.

BÜYÜK BİR ÖYKÜNÜN BAŞLANGICI

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) misyon yapan ve merkezi İsviçre’nin Cern kentinde bulunan memleketler arası CMS İşbirliği’nin bir üyesi olan fizikçi Yen-Jie Lee, “Bu şimdi öykünün başlangıcı” diyor: “Böylece, bir sinyal bulabileceğimizi kanıtladık. Gelecek birkaç yıl içinde, X parçacığının iç yapısını araştırmak maksadıyla kuark-gluon plazmasını kullanmak istiyoruz; bu araştırma da kainatın ne çeşit bir materyal meydana getirmesi gerektiğine ait anlayışımızı değiştirebilir.”

Büyük Patlama’dan sadece birkaç dakika sonra, en ilkel haldeki Cihan, şu anda boşlukta yüzdüğünü gördüğümüz şeylerden oluşmuyordu. Bundan çok, saniyenin sırf birkaç milyonda birine tekabül eden bir vakit dilimi içinde, ‘kuarklar’ ve ‘gluonlar’ ismini verdiğimiz temel parçacıklardan meydana gelen ve trilyonlarca derecelik bir ısıya sahip bir plazmayla doldu. Bu oluşuma ‘kuark-gluon plazması’ diyoruz.

Gözünüzü kapayıp açmanızdan daha kısa bir mühlet içinde bu plazma soğudu ve oluşan parçacıklar birleşerek bugün olağan unsurun meydana geldiği ‘proton’ ve ‘nötronları’ yarattı. Bununla birlikte, bu çok kısa vakit aralığında, kuark-gluon plazması içinde bulunan parçacıklar çarpıştı, birbiriyle kaynaştı ve farklı oluşumlar içerisinde tekrar parçalandı.

FİZİĞİN KUTSAL KASELERİNDEN BİRİYDİ

Bu oluşumlardan bir tanesi o derece gizemli bir parçacık ki, şimdi nasıl bir ortaya geldiğini dahi bilmiyoruz. Buna ‘X parçacığı’ diyoruz ve sırf parçacık çarpıştırıcılarında çok nadiren ve incelenemeyecek kadar kısa bir mühlet için görebiliyoruz.

Öte yandan, teorik olarak, X parçacıkları fizikçilerin yıllardan beridir parçacık hızlandırıcılarında yarattıkları kuark-gluon plazmasında çok kısa mühletler için ortaya çıkabiliyorlar. Ve bu durum onları anlamak doğrultusunda bizlere daha iyi bir fırsat sunabilir.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın 2018 yılındaki faaliyetleri esnasında, müspet yüklü kurşun atomları çok yüksek süratlerde birbiriyle çarpıştırıldı. Bu yaklaşık 13 milyar çarpışmanın her biri, on binlerce parçacıktan oluşan bir parçacık yağmuru ortaya çıkardı. Ve bu, gözden geçirilmesi gereken muazzam ölçüde veri bulunduğu manasına geliyor.

Lee, “Teorik bağlamda söyleyecek olursak, plazmada o kadar çok kuark ve gluon var ki, sonuçta X parçacıklarının üretiminin artması gerekiyor” diyor: “Buna rağmen, beşerler onları bulmanın çok derecede güç olacağını düşünüyorlardı; zira bu kuark çorbasında üretilen çok fazla sayıda parçacık mevcuttu.”

ÖZEL BİR YAZILIM ARACILIĞIYLA TESPİT EDİLDİ

X parçacıklarının ömrü çok kısa olsa da, bozunduklarında [ayrıştıklarında], daha düşük kütleye sahip olan farklı parçacıklardan oluşan bir parçacık yağmuru yaratırlar. Araştırma takımı, veri inceleme sürecini kolaylaştırmak emeliyle, X parçacık bozunumunun karakteristik kalıplarını tanıyabilecek bir bilgisayar yazılımı geliştirdi. Bunun akabinde, yazılıma 2018 LHC bilgilerini girdiler.

Yazılım, bilgilerde yaklaşık 100 adet X parçacığın var olduğunu ortaya koyan makul bir kütledeki bir sinyali tespit etti. Bu, harika bir başlangıç manasına geliyordu. Lee, “Bu 100 parçacığı böylesine devasa bir veri kümesi içerisinde bulabilmiş olmamız neredeyse imkânsız bir şey” diyor.

Bulunduğumuz noktada, elde ettiğimiz datalar X parçacığının yapısına ait daha fazla bilgi edinmek için kâfi değil; yeniden de bu keşif bizi daha da ileri götürebilir. Artık X parçacığının imzasını nasıl bulacağımızı bildiğimize nazaran, gelecekte oluşturulacak veri kümelerinde onu saptamak çok daha kolay olacak. Bunun yanı sıra, elimizde daha fazla veri biriktikçe, onları anlamak da daha kolay bir hale gelecek.

Protonların ve nötronların her biri üç adet kuarktan meydana gelir. Fizikçiler, X parçacıklarının dört adet kuarktan, yani ‘tetrakuark’ olarak bilinen tuhaf ve sıkı bir halde bağlanmış bir parçacık ya da her biri iki kuark içeren bir çift ‘mezondan’ meydana gelen ve gevşek bağlara sahip yeni bir cins parçacıktan oluşabileceğine inanıyorlar. Şayet birincisi doğruysa, daha sıkı bağlara sahip olduğu için, ikincisinden daha yavaş bozunur.

Lee, “Şimdilik ulaştığımız bilgiler bunların her ikisiyle de dengeli görünüyor; çünkü şimdi kâfi istatistik bilgiye sahip değiliz. Önümüzdeki birkaç yıl içinde bu iki senaryoyu birbirinden ayırabilmek için çok daha fazla dataya ulaşmış olacağız” diyor: “Bu, ilkel Evren’de çokça üretilen parçacık çeşitleriyle ilgili bakış açımızı genişletecek.”

Araştırma, Physical Review Letters isimli mecmuada yayınlandı.

*’Kuark çorbası’ ya da kuark-gluon plazması, nükleer hususun tanımlanmış yeni bir halidir. Bu hal, çok derece sıcak ve son derece ağır bir yapıdadır. Proton, nötron üzere parçacıklar, kuark çorbası içerisinde sahip oldukları yapılarını kaybederler. Yapısı bozulan bu tıp parçacıklar, onları oluşturan temel parçacıklar olan kuark ve gluona ayrışırlar.


Yazının özgünü Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)

Kaynak: Gazeteduvar

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.