Cern, Cenevre’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) dört yeni parçacığın keşfettiğini duyurdu . Cern 2009 yılından bu yana tam 59 yeni parçacık keşfetti. Bu yeni parçacıklardan bazıları standart model teorilerimize göre beklenen türden parçaçcıklardı, bazıları ise tamamen şaşırtıcıydı.
LHC’nin amacı, maddenin yapısını laboratuvarda şimdiye kadar incelenen en kısa mesafelerde ve en yüksek enerjilerde keşfetmek. Bilim insanları standart modelin son kayıp parçası olan Higgs bozonunu Cern LHC hızlandırıcısı ile buldu ancak bu keşif ile kuantum dünyasını anlamaya yeterince yaklaşamadık.
Çözülemeyen sıkıntılı özelliklerinden biri, atom çekirdeğini bir arada tutan güçlü kuvvetin tanımlanmasıdır. Çekirdek, her biri kuark adı verilen üç küçük parçacıktan oluşan proton ve nötronlardan oluşur (altı farklı tür kuark vardır: yukarı, aşağı, tılsım, garip, üst ve alt). Güçlü kuvveti bir saniyeliğine kapatırsak, tüm madde derhal gevşek kuarklar çorbasına döner ki evrenin başlangışta kısa bir an için bu şekilde davrandığı düşünülmektedir. “Kuantum kromodinamiği ” olarak adlandırılan güçlü etkileşim teorisi çok sağlam bir temele dayanıyor.
Kuarkların gluon adı verilen parçacıkları değiştirerek güçlü kuvvet aracılığıyla nasıl etkileşime girdiğini açıklıyor. Gluonları daha tanıdık olan fotonun analogları, ışık parçacığı ve elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olarak düşünebilirsiniz ancak kabaca söylemek gerekirse gluon aslında kuarkları bir arada tutan bir yapıştırıcıdır. Zaten bu “Glue” kökünden gelmektedir. Bununla birlikte, gluonların kuarklarla etkileşim biçimi, güçlü kuvvetin elektromanyetizmadan çok farklı davranmasına neden olmakta. İki yüklü parçacığı birbirinden ayırdıkça elektromanyetik kuvvet zayıflarken, iki kuarkı birbirinden ayırdığınızda güçlü kuvvet aslındaki bağ daha da güçlenmekte. Sonuç olarak, kuarklar, proton ve nötronları içeren hadron adı verilen parçacıklar – iki veya daha fazla kuarktan oluşan parçacıklar – içinde sonsuza kadar kilitler.
Tabi , Cern’de yaptığımız gibi, onları inanılmaz hızlarda parçalamazsanız. Konuyu daha da karmaşık hale getirmek için, standart modeldeki tüm parçacıklar, kendileriyle hemen hemen aynı, ancak zıt yüke (veya başka kuantum özelliğine) sahip antiparçacıklara sahiptir. Bir protondan bir kuarkı çıkarırsanız, kuvvet sonunda bir kuark-antikuark çifti oluşturacak kadar güçlü olacaktır ve yeni oluşturulan kuark protona dahil olacaktır. Sonunda bir proton ve yepyeni bir “mezon”, bir kuark ve bir antikuarktan oluşan bir parçacık elde edersiniz. Bu garip gelebilir, ancak evreni en küçük ölçeklerde yöneten kuantum mekaniğine göre, parçacıklar boş uzaydan fırlayabilir. Bu, deneylerle defalarca gösterilmiştir – hiç yalnız bir kuark görmedik.
Güçlü kuvvet teorisinin hoş olmayan bir özelliği, elektromanyetizmada basit bir sürecin ne olacağına ilişkin hesaplamaların imkansız bir şekilde karmaşık hale geldiği görülüyor. Bu nedenle kuarkların kendi başlarına var olamayacaklarını (henüz) teorik olarak kanıtlayamayız. Daha da kötüsü, hangi kuark kombinasyonlarının doğada yaşayıp hangilerinin yaşayamayacağını hesaplayamıyoruz bile. Büyüleyici yeni parçacıklar LHC şimdi 59 yeni hadron keşfetti. Bunlar, en son keşfedilen tetrakuarkları ve aynı zamanda yeni mezonları ve baryonları içermekte.
Tüm bu yeni parçacıklar “tılsım” ve “alt” gibi ağır kuarklar içermekte. Bu hadronları incelemek ise oldukça ilginç. Bize, çok kısa süreler için bile olsa, doğanın kuarkların bağlı bir kombinasyonu olarak kabul edilebilir olduğunu söylüyor ve peşinden de önemli soruyu akla getiriyor: Neden tüm tetra ve pentakuarklar bir tılsım-kuark çifti içerir (sadece bir istisna dışında)? Ve neden garip kuark çiftlerine karşılık gelen parçacıklar yok? Bunun cevabını şimdilik bilmiyoruz. Bir başka gizem de, bu parçacıkların güçlü kuvvet tarafından nasıl birbirine bağlandığıdır. Bir kuramcı okulu, onları proton veya nötron gibi kompakt nesneler olarak görüyor.
Diğerleri, iki gevşek bağlı hadronun oluşturduğu “moleküllere” benzer olduklarını iddia ediyorlar. Yeni bulunan her hadron, deneylerin kütlesini ve diğer özelliklerini ölçmesine izin verir, bu da bize güçlü kuvvetin nasıl davrandığı hakkında bir şeyler söyler. Bu, deney ve teori arasındaki boşluğu kapatmaya yardımcı olur. Ne kadar çok hadron bulabilirsek, modelleri deneysel gerçeklere o kadar iyi ayarlayabiliriz.
Bu modeller, LHC’nin nihai hedefine ulaşmak için çok önemlidir: standart modelin ötesindeki fiziği bulmak. Başarılarına rağmen, standart model kesinlikle parçacıkların anlaşılmasında son söz değildir. Örneğin , evrenin oluşumunu tanımlayan kozmolojik modellerda starndart model tutarsızdır . LHC, bu farklılıkları açıklayabilecek yeni temel parçacıkları arıyor. Bu parçacıklar LHC’de görülebilir, ancak parçacık etkileşimlerinin arka planında gizli de olabilir. Veya bilinen süreçlerde küçük kuantum mekaniksel etkiler olarak ortaya çıkabilirler. Her iki durumda da, onları bulmak için güçlü nükleer kuvvetin daha iyi anlaşılması gerekir. Her yeni hadronla, doğa kanunları hakkındaki bilgimizi geliştirerek, bizi maddenin en temel özelliklerinin daha iyi bir tanımına götürür. Özetle bulunan bu dört yeni parçacık çok özel ve sıradışı parçaçcıklar olmamakla birlikte puzzleın eksik taşlarını tamamlamamıza yardımca olacak önemli parçacıklardır. Ne kadar fazla yeni parçaçcık bulursak puzzle o kadar doğru bir görüntü sağlayacaktır.
Bu yazı Astraphysic.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı /theconversation.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astraphysic.com içerik izinlerine tabidir. Astraphysic.com referans gösterilmek koşuluyla kullanıma izin verilmiştir. Çeviri: Sinan YAVUZ
