Çifte Tılsım: Protondan 4 Kat Ağır Yeni Parçacık Bulundu
CERN hızlandırıcısı protondan 4 kat ağır yeni bir parçacık buldu. Çifte tılsım lakabıyla adlandırılan yeni parçacık, 2012 yılında bulunan Higgs bozonundan sonraki en büyük keşiflerden biri. Yeni çifte tılsım parçacığı evrenin büyük patlama sırasında nasıl oluştuğunu anlamamızı sağlayacak.
Nükleer fizik ve standart model
Nükleer fiziği tanımlayan standart model uygarlığımızı kökten değiştirerek nükleer enerji santralleri ve termonükleer bombalar yapmamızı sağladı. Ayrıca nükleer fizik sayesinde Dünya’ya ısı ve ışık veren Güneş’in nasıl enerji ürettiğini de öğrendik.
Ancak, standart model fizikçiler için hem büyük ikramiye hem de büyük hayal kırıklığı oldu; çünkü standart modelin uzayda gördüğümüz bütün olayları açıklamadığını biliyoruz. Kuantum fiziğiyle kütleçekimi birleştirip kara deliklerin içinde ne olduğunu ve büyük patlamanın nasıl oluştuğunu anlamak için bize yeni bir fizik lazım.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
CERN de hem ikramiye hem düş kırıklığı
Bilim insanları İsviçre’deki CERN parçacık hızlandırıcısını inşa edince protonları ışık hızının yüzde 99’undan daha büyük bir hızla çarpıştırmaya başladılar. Böylece bütün evreni tek denklemle açıklayacak bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirmeyi umuyorlardı.
En büyük beklentileri ise süpersimetri teorilerinde öngörülen ve proton gibi bildik parçacıklara eşlik eden yeni simetrik parçacıklar bulmaktı. Standart model protonları tanımlıyor, ama artık standart modelin ötesine geçmemiz gerekiyordu.
Oysa bunu yapamadık. CERN sadece standart modelde öngörülen son büyük parçacığı buldu. 2012 yaz aylarında keşfedilen Higgs bozonu maddeye kütlesini kazandıran fiziksel etkileşimlerden sorumluydu. Bu harika gelişmeye rağmen süpersimetrik parçacıklardan iz yoktu.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Süpersimetrik muamma
Sonunda anlaşıldı ki CERN parçacık hızlandırıcısını 13 teraelektronvoltluk müthiş enerjisi bile sicim teorisi ile süpersimetride öngörülen yeni parçacıkları bulmaya yetmeyecekti. CERN’in tek yaptığı (ki başlı başına bir başarıdır) standart modeli kanıtlamak olmuştu.
Böylece fizikçiler politikacıları ikna edip bütçe bularak iki şey yapmaya karar verdiler. Birincisi 30 yıl sonra CERN’den çok daha güçlü yeni bir hızlandırıcı inşa edecekler. Sonuçta daha yüksek enerji değerlerinde, belki de Planck enerjisine yakın ölçekte süpersimetrik parçacıkları bulmayı umuyorlar.
İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi
İkincisi CERN’le devam etmek
Fizikçilerin elindeki diğer seçenek de büyük patlamadan sonra ortaya çıkan kuarkların kendi aralarında birleşerek atom çekirdeklerini meydana getiren nötron ve protonları nasıl oluşturduğunu daha iyi anlamaktı.
Çifte tılsım sayesinde artık mümkün
CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), 3600 MeV enerji değeriyle protondan 4 kat ağır Xicc++ parçacığını keşfetti; ama kolaylık olsun diye buna çift yüklü çifte tılsım parçacığı diyeceğiz ve sebebini az aşağıda açıklayacağız.
İlgili yazı: Çarpışan Galaksiler: Samanyolu Büyük Macellan ile Çarpışacak mı?
Neden kütle yerine enerji?
Bir parçacığın doğrudan kütlesini vermek yerine neden enerji değerini yazdığımızı merak edebilirsiniz. Bunun nedeni E=mc2 uyarınca enerjinin kütleye ve kütlenin enerjiye dönüşebilmesi. CERN protonları çarpıştırınca bunlar parçalanıyor ve çok kısa süre için ortaya yeni parçacıklar çıkıyor.
Fizikçiler bunların izine baktıklarında bu kez çifte tılsımı buldular. Neden çifte tılsım dediğimize gelince; bunun için proton ve nötronlara bakalım:
Protonlar iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan, nötronlar da iki aşağı kuark ile bir yukarı kuarktan oluşuyor. Yeni çifte tılsım ise bir yukarı kuark ve iki tılsım kuarktan meydana geliyor.
İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi
Bu yüzden çok ağır
Tılsım kuarklar çok ağır ve çifte tılsımda bunlardan iki tane var! Dolayısıyla elektrik yükü ikiye eşit olan ve protondan yaklaşık 4 kat ağır bir parçacıkla karşı karşıyayız.
Kuarkların aralarında birleşerek nasıl yeni parçacıklar oluşturduğunu kuantum renk dinamiği tanımlıyor ve bu teori proton ile nötronların dışında kalan farklı kuark kombinasyonları da öngörüyor (doğada toplam 6 kuark olduğu için bunları da ne zamandır görmeyi bekliyorduk).
İlgili yazı: Ahtapot DNA’sı Uzaylı mı?
Artık sırlar açığa çıkıyor
Hollanda Ulusal Atomaltı Fizik Enstitüsü Nikhef’ten fizikçi Patrick Koppenburg konuyu şöyle açıklıyor: “Laboratuarda tılsım kuark çiftleri üretebiliyoruz, ama ilk kez iki tılsım kuarkı tek bir parçacığın içinde görüyoruz.”
Nitekim 6 kuark içinde en ağır olanları tılsım, alt ve üst kuarklar. Üst kuarkın diğer kuarklarla birleşemeyecek kadar ağır olduğunu düşünüyoruz. Diğer kuarklar ise ikili, üçlü, dörtlü ve beşli kombinasyonlar oluşturabiliyor.
Ancak, proton ve nötron gibi istikrarlı üçlü kombinasyonları saymazsak bunlar yalnızca hızlandırıcıda görülecek olan kısa ömürlü parçacıklar. Aslında çifte tılsım da kısa ömürlü bir parçacık, ama diğerlerinden daha uzun ömürlü.
İlgili yazı: Dünya’ya En Çok Benzeyen Gezegen Bulundu
Neden önemli?
Önemli; çünkü kuark gruplarından oluşan diğer parçacıklar ne kadar kısa ömürlü olursa olsun, bunlar büyük patlama sırasında evrenin ve atom çekirdeklerinin oluşumuna yön verdi. Dolayısıyla standart modelde öngörülen bütün kuark kombinasyonlarını görmek önemli.
Her ne kadar Higgs bozonundan sonra standart model tamamlandı desek de modelde öngörülen tüm parçacıkları henüz göremedik. Bunu yapamadığımız sürece teoride bir hata payı olacak. Çifte tılsımla teoriyi daha da sağlamlaştırmış oluyoruz.
İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük
2002’den günümüze gelen macera
15 yıl önce Amerika’daki Fermilab hızlandırıcısının SELEX çarpıştırıcısı Xicc+ parçacığını bulduğunu duyurdu. Bu da iki tılsım kuark içeriyordu; ama üçüncü grup üyesi aşağı kuarktı ve bu kombinasyon fizikte tek yüklü çifte tılsımlı Xi parçacığı olarak isimlendirildi.
Ancak, SELEX’in yeni parçacık buldum iddiasının sigma doğruluk değeri düşüktü ve diğer laboratuarlar SELEX sonucunu üretemediler. Bu yüzden Amerikalıların yanıldıkları ve böyle bir parçacık bulamadıkları varsayıldı.
İlgili yazı: Satürn Uydusu Titan’da Mini Nil Nehri Keşfedildi
Yeni parçacık da bu zor diyor
Sonuçta CERN’de bulunan yeni çifte tılsım parçacığının doğruluk ölçütü Sigma 12. Bilim insanlarının Sigma 4 ve üstünde yeni keşif yapıldığını kabul ettiklerini düşünürsek çifte tılsım kesin olarak gözlemlendi diyebiliriz.
Üstelik çifte tılsım, kuarkların SELEX’in bulduğunu öne sürdüğü parçacık yerine başka kombinasyonlar oluşturduğunu gösteriyor; yani teorik olarak çok sayıda kuark kombinasyonu olsa da evrenimizde en istikrarlı enerji durumları açısından, bu kombinasyonların sadece küçük bir kısmı doğada görülüyor.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Bu ne demek?
Yeni buluş büyük patlamanın nasıl oluştuğunu bu yüzden kolaylaştıracak. Çok sayıdaki kuark kombinasyonu içinde, hangi kısa ömürlü ara parçacıkların mümkün olduğunu bilirsek büyük patlamadan atom çekirdeklerinin oluşumuna kadar geçen sürede evrenin nasıl meydana geldiğini daha iyi anlarız.
Yine de büyük patlama sırasındaki aşırı koşullarda SELEX’in bulduğu parçacıkların çok kısa süre için var olması ve yok olmadan önce, atom çekirdeklerini yaratan kuark gruplaşmasını kökten etkilemesi mümkün. SELEX parçacığını gördüğünü duyuran James Russ da keşfine güvenerek bunu savunuyor:
Bir parçacığın doğada görülmemesi, büyük patlama sırasında görülmesi ve evreni etkilemesine engel olmaz. İşte bu yüzden teorik olarak mümkün SELEX parçacığını tekrar tekrar görmemiz çok önemli. Deneylerde hiç göremiyorsak fizik yasalarını düzeltmemiz gerekecek (gerçi o da güzel 😉 )
İlgili yazı: Piramitleri Uzaylılar Yaptı Teorisini Çürüten 14 Kanıt
Yine de işimiz zor
2002’deki SELEX sonucunu da doğru kabul edersek burada bir sıkıntı yaşıyoruz: Bir kere CERN’ün yeni çift yüklü çifte tılsım parçacığı ile SELEX’in tek yüklü çifte tılsım parçacığı çok farklı kuark kombinasyonları. Üstelik çifte tılsımı Sigma 12 değerine ulaşacak şekilde defalarca gördük.
SELEX kombinasyonunu ise sadece bir kez gördük. Bu da SELEX kombinasyonunun çok nadir bir parçacık olduğunu gösteriyor. Peki gerçekten varsa büyük patlamadan sonra kaç adet SELEX kombinasyonu ve kaç adet LHC çifte tılsımı yaratıldı?
Standart model şimdilik bu soruya yanıt veremiyor. Oysa evrenin oluşumunu açıklayan fizik teorilerinin parçacık oranlarını kesin ölçüde vermesi lazım. Evrenin oluşumunu ve atom çekirdeklerini bir arada tutan güçlü çekirdek kuvvetini daha iyi anlamak için bu soruları yanıtlamak zorundayız.
Peki içinde yaşadığımız bu evrenden başka evrenler var mı ve varsa nasıl oluştu? Kainatta o kadar çok teorik evren var ki bunların cevabını iki ayrı yazıda topladım: Paralel Evrenler ve En Yakın Komşu Evren Nerede? Keyifli okumalar dilerim.
