Ağır Çekirdekler Arasındaki Çarpışmalarda Üst Kuarklar Kanıtlandı!
Fotoğraf: CERN’deki CMS’nin, alt (b) kuarklardan kaynaklanan püskürme ile bir elektron, bir muon bir üst kuark ve anti üst kuark üzerine çalışması.
CMS (Kompakt Muon Sarmal) deneylerindeki son araştırmaların sonucu, Büyük Patlamadan kısa bir süre sonra var olduğu düşünülen maddenin ekstrem bir durumunun, yeni ve benzersiz bir şekilde incelenmesinin yolu açıldı. Deneyde, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki (LHC) ağır çekirdekler arasındaki çarpışmalarda üst kuarkların kanıtları görüldü.
Bu özel parçacığın -bilinen en ağır temel parçacık- parçacık çarpıştırıcılarında ilk kez ortaya çıktığı zaman değil. Üst kuark ilk olarak 25 yıl önce Tevatron Çarpıştırıcısı’ndaki proton-antiproton çarpışmalarında gözlendi. O zamandan beri de LHC’deki proton-çekirdek çarpışmalarında tespit edildi ve incelendi. Ancak akademik bir dergi olan Physical Review Letters’da yayımlanmak üzere kabul edilen bir makalede açıklanan yeni bulgunun, deneyselcileri ve teorisyenleri heyecanlandıracağı kesin çünkü ağır çekirdek çarpışmalarındaki üst kuarkların analizi, bu çarpışmalarda oluşan ve evrenin ilk anlarında var olduğu düşünülen kuark-gluon plazmasını incelemek için yeni ve benzersiz bir yol sunuyor. Ek olarak, böyle bir analiz, ağır çekirdekteki kuarkların ve gluonların dizilişine yeni bir ışık tutabilir.
Kuark-gluon plazmasını araştırmak için ne bir parçacıkta ne de deneyde bir kısıtlama yoktur. LHC deneyleri, maddenin ekstrem durumunun özelliklerini incelemek için uzun zamandır çeşitli parçacık türleri kullanmaktadır. Bu ekstrem durumdaki madde, ‘kuarkların ve gluonların kompozit parçacıklar içinde sınırlı olmadığı bunun yerine küçük sürtünme direncine sahip bir sıvıdaki parçacıklar gibi dolaşabilmesi’ şeklinde ifade edilebilir. Fakat var olan bütün incelemeler, plazmayla ilgili ortalama zaman bilgisi sağlar. Buna karşın üst kuark, dönüştüğü özel yol nedeniyle ya da diğer parçacıklara ayrışarak, plazmanın ömrünün farklı zamanlarında anlık görüntülerini sağlayabilir
CERN’de araştırmacı olan Guilherme Milhano “Daha hızlı hareket eden üst kuarklar geç zamanlı anlık görüntüler sağlar. Farklı hız aralıklarında üst kuarklarla çekilen anlık görüntüleri bir araya getirerek, nihayetinde kuark–gluon plazmasının evriminin bir filmini yaratmanın mümkün olacağını umuyoruz” şeklinde açıklama yaptı. Onun aynı zamanda kuark-gluon plazmasını üst kuarklarla incelemesi üzerine teorik bir çalışması da bulunuyor. Yeni CMS sonucu, bu yoldaki ilk adımı temsil ediyor.
CMS deneylerinde, 5.02 TeV’lik bir enerjide kurşun-kurşun çarpışmalarından oluşan büyük bir veri örneğinde üst kuarkların kanıtı görüldü. Ekip, bir üst kuark ve bir üst antikuark üreten çarpışmaları inceledi. Bu kuarklar çok hızlı bir şekilde bir W bozonuna ve çok hızlı başka parçacıklara da dönüşebilen bir alt kuarka dönüşür. CMS fizikçileri, son bozunma ürünlerinin yüklü leptonların (elektronların ya da onların daha ağır olan muonların kuzenleri) olduğu ve alt kuarklardan kaynaklanan çoklu parçacıkların ‘püskürmeleri’ olduğu özel bir durum aradılar.
Bu üst-anti üst çarpışma olaylarının izolesinden ve hesaplanmasından sonra CMS, kurşun-kurşun çarpışmalarının yüklü lepton ve alt kuarklar yoluyla üst anti çiftleri üretme olasılığını hesapladı. Sonuç, yaklaşık 4 standart sapmanın istatiksel bir önemine sahiptir. Böylece üst kuark üretiminin gözlemlenmesini talep etmek için gerekli olan beş standart sapmanın eşiği henüz geçilmedi. Ancak bu, sürecin önemli bir kanıtıdır- sonucun istatiksel bir tesadüf olması için sadece 0.0003%’lük bir şans vardır. Dahası sonuç, teorik tahminlerle ve aynı çarpışma enerjisinde proton-proton çarpışmalarındaki olasılığın önceki ölçümlerde elde edilen bilinene dayalı tahminler (ekstrapolasyonlar) ile tutarlıdır.
CMS fizikçisi Georgios Krintiras “Sonucumuz, CMS deneyinin, ağır-çekirdek çarpışmalarının kompleks ortamında, üst-kuark çalışmalarının uygulama yeteneğini gösteriyor” dedi. Kansas Üniversitesi’ndeki bir doktora sonrası araştırmacı, bu çalışmayla ilgili “Bu kuark-gluon plazmasının yeni ve güçlü bir incelemesi olarak üst-kuarkı kullanmada ilk basamaktır.” diye ekledi.
Kaynak: phys.org
