Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda Yeni Parçacıklar Bulundu

 

      Egzotik kuark tipinden yapılan iki yeni parçacık İsviçre’deki Geneva yakınlarında bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider – LHC) içerisinde göründü. Parçacıklar, atomlar içinde bilinen nötron ve protonları içeren daha önce baryon türleri içinde yer alan parçacık kategorisinde yoktu. Yeni baryonların uzun süre varlığı tahmin edildi ama kütleleri gibi spesifik özellikleri kitle içinde keşfedilene kadar bilinmiyordu. Yeni ölçümler doğruluğunu onaylıyor ve atom altı parçacıklar teorisinin çıkışını saflaştırıyor ve daha fazla egzotik parçacık içerebilir oluşuyla derin bir teori için zemin hazırlayarak yardımcı oluyor.

 

CERN , Large Hadron Collider
CERN , Large Hadron Collider

 

     LHCb (Large Hadron Collider beauty) hızlandırıcısı deneyi bilim insanları 10 Şubat’ta Physical Review Letters’da isimleri Xib’ ve Xib* olan baryonların keşfini rapor ettiler. Çalışmanın yardımcı yazarı Pierre ve Marie Curie Üniversitesi’nden (ayrıca Paris 6 Üniversitesi olarak da bilinir) Matthew Charles “Çok var olması gereken iki şey vardır.” şeklinde konuşmuş ve devam etmiştir; “Tabiî ki, hala kontrol etmek zorundasın çünkü, şimdi ve sonra bir sürprizle karşılaşabilirsin.” Her iki parçacık da bir b kuark, bir s kuark ve bir d kuark içerir. Ne birbirinden bu parçacıkları ayıran, daha önce LHC’de bulunan, ne de kuarkların aynı 3 tipinin birikiminden meydana gelenler kuark spinlerinin düzenlemesidir.

 

KUANTUM SPİN

 

    Spin, herhangi parçacığın esas temel kuantum özelliklerinden biridir ve birimsiz, ayrık miktarlardan ileri gelir. Tüm kuarkların 1/2 spinleri vardır. Aynı parçacık içinde iki kuark aynı yönde dönerken kendi spinleriyle birlikte eklenir; zıt yönlerde döndükleri zaman spinleri dengeyi sağlar/iptal edilir. Spinler magnetler gibi birbirlerini iterler böylece kuarklar spinleri zıt yönde dönmeyi tercih eder. Aynı yönde iki kuark spinlerinin uyum içinde hareketi için ihtiyaç duyulan ekstra enerjidir. Xib parçacığının düşük enerjisi ters hizalanmış olan iki en hafif kuarkla (d ve s kuark) için yapılandırılmıştır, kendi spinleri 0’da iptal edilir ve ağır b kuark her iki yönde de döndürülür, toplam 1/2 spin için diğer 1/2 spin eklenir. Xib*0 denilen zemin durumu 2012’de LHC’de bulunmuştur.

    İki yeni bulunan baryon yüksek enerji konfigürasyonudur. Her ikisi de paralelde dönen spin 1 birleşimi eklenmiş iki hafif kuarka sahiptir. Xib’ , ikisinin karşısında b kuarkı dönerek, toplam 1/2  spine parçacık verir. Xib*’da tüm üç kuarkın spini hizalanmıştır, 1 ve 1/2 toplam spinden verirler. Bu üçlü hizalama Xib* ‘ın 3 durum içinden en ağırı olması sebebiyle herhangi bir yapılandırma için en çok enerjiyi gerektirir.

    Parçacıklar keşfedilmeden önce, fizikçiler kuantum kromodinamik (QCD – quantum cromodynamics) olarak adlandırılan ve güçlü kuvvetin (doğadaki 4 temel kuvvetten biri) tanımlandığı, birlikte kuarkların bağlanmasından sorumlu olan teoriyi temel alan parçacıkların kütlelerini tahmin ettiler. Güçlü kuvvet gluon olarak adlandırılan parçacıklar ile taşınır, bu yüzden güçlü kuvvet ile birlikte herhangi bir parçacık içinde gluonlarda olacaktır. Ve buna ek olarak kuarkların ve anti kuarkların “sanal” çifti ana kuark ve gluonlar devamlı bir şekilde oluşun içerisine kısa bir süreliğine girip çıkarlar.

 

   Bu parçacık hayvanat bahçesi inanılmaz bir şekilde zor olan QCD temel alınarak hesaplama yapılır, nokta kütle tahmini sadece hesap içerisinde parçacıkların bileşenlerinin tümünün alınması amaçlanarak güçlü süper bilgisayarlarda çalıştırılan simülasyonlar kullanılarak başarılı bir şekilde hesaplanabilir. “Bizim, iddialara göre, bize nasıl bu parçacıkların yeni kapılar açacak prensipte ve davranışta kabul edilen olduğunu gösterecek bir teorimiz var. Fakat pratikte bizim hesaplanan yeteneklerimiz oldukça sınırlıdır.” der Nobel ödülünü kazanmak için QCD formülasyonuna yardımcı olan MIT’de teorik fizikçi olan Fransk Wilczek.

 

   Yeni LHCb ölçümleri Xib kütlelerinin en iyi QCD hassasiyeti ile bağdaşmaktadır. 2009’da “A prediction of the Xib kütleleri” makalesini yayınlayan TRIUMF laboratuarında parçacık fizikçisi olan Kanadalı teorist Richard Woloshyn “Bu, teoriksel yaklaşımı doğru ve kontrol altında hesaplamalara sahip olduğumuz bir geçerliliğini kanıtlamadır.” şeklinde yorum yapmıştır. Ölçümler, teorinin aşağı referans noktasına kadar yeni data olarak hizmet verecektir. Wilczek; “Bizim bilgisayar metotları ile test edilecek, farklı metotları bize öğretebilecek ve keşfedilecek daha çok örneğe ihtiyacımız var. Bu sistem bize bu teknikleri belirginleştirmede yardımcı olacak” demiştir.

 

STANDART MODELİN TESTİ

 

    Şimdiye kadar, yeni bulunan baryonların QCD’ye göre ve fiziğin  “standart model” ‘ine göre davranışları evrende bilinen tüm parçacıkları açıklar. Ancak bilim adamları standart modelin son söz olamayacağını biliyor, çünkü bu karanlık maddeye bir açıklama getirmez – görünmez materyal kozmozda normal madde cüce olarak görünür. Standart modelin tüm öngörülen hassas ölçümlerinin artış yapması ile araştırmacıların umudu bunun yerine geçecek daha büyük bir teorinin yolunda rehberlik etmesi için sonunda aralıklar buldu. Charles; “Bu iki parçacık kendileri beklenen ve kusursuzca uyan standart model parçacıklarıdır. Ama biz bunun standart modelin ötesine taşımak için uzun soluklu olarak üzerine inşa etmenin mümkün olacağını umuyoruz.”

    Xib parçacıkları, LHC’de keşfedilen tüm yeni türler (Higgs bozununu da içeren) gibi, 27 km’lik yer altında olan hızlandırıcı halkası içerisinde hızlandırılan protonlar arasında çarpışmas sonrasında ortaya çıktı. Protonlar dağıldığı zaman kütleleri ve enerji yeni parçacıklar içerisinde dönüştürülür. Yüksek çarpıştırma enerjisi, daha fazla kütleli yeni görünen parçacıklar olabilir. Bu bahar LHC aradan iki yıl geçtikten sonra yükseltilerek daha yüksek enerjilerde tekrar hızlandırılacaktır. Bu yüksek enerjiler daha önceki çalışmalarda görülenden daha fazla ve ağır parçacıkların artmasına izin verecek, imkan dahilinde standart model sınırlarını nihayet zorlayacak parçacıklar ortaya çıkacaktır.

 

Çeviren : Meltem Oruçoğlu


Kaynak : www.scientificamerican.com/article/new-particles-found-at-large-hadron-collider

 

Bu yazı hakkında ne düşünüyorsun ?
  • Faydalı 
  • Gereksiz 
  • Normal 
  • Müthiş