Einstein’ın ‘renkli cam yoğuşmasına’ dair ilk kanıtlar bulundu

Dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısında parçacıklar çarpışmak yerine birbirini ıskaladığında ne olur? İşte size yeni fizik!
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda parçacık çarpışmaları.

Tim Childers

Yeni bir araştırma, Einstein’ın özel görelilik teorisinde öngörülen gizemli bir madde biçiminin etrafındaki gizem perdesini aralıyor. On yılı aşkın bir süredir yapılan gözlemlerin ardından, dünyanın en büyük parçacık çarpıştırıcısında görev yapan bilim insanları bu gizemi çözmenin eşiğine geldiklerini düşünüyorlar.

Buna karşın, araştırmacılar, neredeyse ışık hızında dağılmış parçacıkların etrafa saçılan kalıntılarında derinlemesine bir araştırma yürütmüyorlar.

PARÇACIKLAR ÇARPIŞMADIĞINDA NE OLUYOR?

Fransa ve İsviçre arasındaki sınırın yakınlarında yeraltına gömülü 27 kilometre uzunluğundaki bir hat olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) görevli fizikçiler, bunun yerine, parçacıkların çarpışmadığı zaman ne olduğunu inceleyerek, yakın gözlemlerde bu parçacıkların her birine odaklanmaktansa ‘renkli cam yoğuşması’* diye nitelendirilen kayıp bir maddeyi arıyorlar.

Fiziğin Standart Model’inde, atom altı parçacıkların ‘hayvanat bahçesini’ tasvir eden teoriye göre, evrendeki görünür maddenin yüzde 98’i ‘glüon’** adı verilen temel parçacıklar tarafından bir araya getirilir. İsabetli bir adla nitelendirilen bu parçacıklar, protonlar ve nötronlar oluşturmak için kuarkları birbirine yapıştıran kuvvetten sorumludur. Protonlar ışık hızına yaklaştığında, garip bir durum yaşanır ve barındırdığı glüonların yoğunluğu aşırı derecede artar.

Kansas Üniversitesi’nde fizik ve astronomi profesörü olan Daniel Tapia Takaki, “Bu gibi durumlarda, glüonlar daha düşük enerjili glüon çiftlerine ayrılır ve bu tür glüonlar kendilerini daha sonra birbirlerinden de ayırırlar,” diyor. “Protonların içindeki glüonların bölünmesi, bir noktada, glüon artışının durduğu bir sınıra erişir. Böyle bir durum, çok yüksek enerjili protonlarda ve ağır çekirdeklerde olduğu düşünülen maddenin varsayımsal bir aşaması olan ‘renkli cam yoğuşması’ adıyla anılır,” diyor.

İLK İŞARETLER 2000’DE BULUNDU

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’na göre, yoğuşma, yüksek enerjili çarpışmalarda parçacıkların nasıl oluştuğu ya da parçacıkların içindeki maddenin nasıl dağıldığı gibi fiziğin henüz çözülmemiş gizemlerini açıklayabilir. Bununla birlikte, bilim insanları onun varlığını teyit etmek için on yıllardır çabalıyor. Öte yandan, 2000 yılında Brookhaven’da bulunan Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı’nda (RHIC) görevli fizikçiler, renkli cam yoğuşmasının gerçekten de var olabileceğine dair ilk işaretleri buldular.

Laboratuvar, elektronlarından sıyrılan altın atomlarını bir araya getirdiğinde, çarpışmalardan etrafa saçılan parçacıklarda tuhaf bir işaret olduğunu gördüler ve atomların protonlarının glüonlarla aşırı yoğunlaştığını ve renkli cam yoğuşmasını oluşturmaya başladığını düşündüler. LHC’de ağır iyonların çarpıştırıldığı diğer deneyler de benzer sonuçlar ortaya koydu. Bununla beraber, protonları göreli hızlarda bir araya getirmek, atom altı parçacıklar şiddetle patlamadan önce, protonların iç kısımlarına kısa bir göz atma fırsatı sunabiliyor. Protonların iç kısımlarını araştırmaksa, daha hassas bir yaklaşım gerektiriyor.

Protonlar gibi yüklü parçacıklar yüksek hızlara ulaştıklarında, güçlü elektromanyetik alanlar oluştururlar ve enerjiyi fotonlar ya da ışık parçacıkları şeklinde serbest bırakırlar. (Işık, ikili doğası sayesinde aynı zamanda bir dalgadır.) Bu enerji sızıntıları bir zamanlar parçacık hızlandırıcılarının istenmeyen bir yan etkisi olarak görülürdü; ancak fizikçiler bu yüksek enerjili fotonları avantajlarına kullanmanın yeni yollarını öğrendiler.

‘YENİ FİZİĞİN’ KÜÇÜK AMA EMİN ADIMLARI

Hızlandırıcıdaki protonlar vızıldayarak birbirlerini geçerken bir noktada buluşurlarsa, serbest bıraktıkları fotonların yarattığı fırtına, ‘foton üstü proton’ çarpışmalarına neden olabilir. ‘Ultra-periferik çarpışma’ adı verilen bu çarpışmalar, yüksek enerjili protonların iç işleyişini anlamak için bir imkân sunar.

Tapia Takaki, verdiği demeçte, “Yüksek enerjili bir ışık dalgası bir protona çarptığında, protonu dağıtmadan -her türden- parçacıklar üretir. Bu parçacıklar dedektörümüz tarafından kaydedilir ve içerde olanlara dair benzeri görülmemiş derecede yüksek kaliteli bir görüntü elde etmemize olanak sağlar,” diyor.

Tapia Takaki ve uluslararası bilim insanlarından oluşan araştırma grubu, şu anda bulunması zor renkli cam yoğunlaşmasının izini sürmek amacıyla bu yöntemi kullanıyor. Araştırmacılar, ‘The European Physical Journal C’ dergisinin Ağustos sayısında, çalışmalarında ulaştıkları ilk sonuçları yayınladı. Grup, dört farklı enerji seviyesinde ilk kez glüonların yoğunluğunu dolaylı yollardan ölçebildi. En üst seviyedeyse, yeni oluşmaya başlayan renkli cam yoğuşmasına ilişkin kanıtlara ulaştılar.

Brezilya’daki Pelotas Federal Üniversitesi’nde fizik profesörü ve çalışmanın ortak yazarı Victor Goncalves yaptığı açıklamada, deneysel sonuçlar için “…çok heyecan verici, protondaki glüon dinamikleri hakkında yeni bilgiler veriyor ama henüz yanıtlanmamış birçok teorik soru var,” diyor.

Şimdilik, renkli cam yoğuşmasının üzerindeki giz perdesi varlığını koruyor.

*Renkli Cam Yoğuşması, ışık hızına yakın hareket eden atom çekirdeklerinde var olduğu öngörülen bir madde türüdür. Einstein’ın görelilik teorisine göre, yüksek enerjili bir çekirdeğin, hareket yönü boyunca uzunluğu daralmış veya sıkıştırılmış bir şekilde görünür.

**Glüon, İngilizce ‘glue’, yani tutkal kelimesinden türetilmiş, kuarklar arasındaki güçlü etkileşimi sağlayan ve kütlesi olmayan temel parçacıklara verilen addır.

*** Yazının aslı Live Science  sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)