CERN Fizikçileri Hipernükleusun Özelliklerini İnceliyor

CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki fizikçiler, nötron yıldızları gibi yoğun astrofiziksel nesnelerin çekirdeklerinde var olabilecek hiperçekirdeklerin iki özelliğini tam olarak ölçtüler.

Atom çekirdeği ve onların antinüklei olarak bilinen antimadde karşılıkları, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda ağır iyonlar veya protonlar arasındaki yüksek enerjili çarpışmalarda sıklıkla üretilir.

Daha az sıklıkta ama yine de düzenli olarak hipernükleus adı verilen kararsız çekirdekler de oluşur.

Sadece protonları ve nötronları (yani nükleonları) içeren normal çekirdeklerin aksine, hipernükleler ayrıca hiperonlardan oluşur. Bunlar garip tipte kuarklar içeren kararsız parçacıklardır.

ALICE fizikçileri, "Hipernükleler, hiperon-nükleon etkileşiminin incelenmesi için kullanılabildikleri için nükleonların ve hiperonların bağlı durumlarıdır" dedi.

Hipernüklei aramak ve hiperon-nükleon etkileşimini keşfetmek, 1953'te ilk hiperçekirdeğin keşfinden bu yana nükleer fizikçiler için bir hayranlık kaynağı olmuştur.

Son yıllarda, hipertriton üretimi ve yaşam süresi ölçümleri, yüksek enerji fiziği camiasında ilginç bir tartışmayı tetikledi.

Hiperon-nükleon etkileşimi bilgisi, nötron yıldızları gibi yoğun astrofiziksel nesnelerin modellenmesiyle bağlantısı nedeniyle son zamanlarda daha alakalı hale geldi.

Nötron yıldızlarının iç çekirdeğinde, hiperonların yaratılması, tamamen nükleonik maddeye kıyasla enerjisel olarak tercih edilir.

Ek serbestlik dereceleri olarak hiperonların varlığı, maddenin hal denkleminde önemli bir değişikliğe yol açarak, yüksek kütleli nötron yıldızlarının oluşumunu engeller.

Bu, iki güneş kütlesinden daha ağır olan ve hiperon bulmacası olarak adlandırılan şeyi oluşturan nötron yıldızlarının gözlemlenmesiyle bağdaşmaz.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısında, ağır iyon çarpışmalarında önemli miktarlarda hiperçekirdekler oluşturulur, ancak çarpıştırıcıda şimdiye kadar gözlemlenen tek hipernükleus, en hafif hipernükleus, bir proton, bir nötron ve bir Lambda'dan oluşan hipertritondur.

Yeni çalışmada, ALICE ekibi, ikinci çalışması sırasında Büyük Hadron Çarpıştırıcısında meydana gelen kurşun-kurşun çarpışmalarında üretilen yaklaşık 1000 hipertriton örneğini inceledi.

Bu çarpışmalarda bir kez oluştuktan sonra, hipertritonlar, ALICE dedektörlerinin yakalayıp tanımlayabileceği bir helyum-3 çekirdeği ve yüklü bir pion olmak üzere iki parçacığa bozunmadan önce ALICE deneyinin içinde birkaç santimetre hareket eder.

Fizikçiler, bu yavru parçacıkları ve dedektörlerde bıraktıkları izleri araştırdı.

Bu 'garip' çekirdekler için mevcut en büyüklerden biri olan bu hipertriton örneğini analiz ederek, hipertriton'un iki özelliğinin en kesin ölçümlerini elde edebildiler: ömrü ve enerjisi.

Bu iki özellik, bu hipernükleusun iç yapısını ve sonuç olarak nükleonları ve hiperonları birbirine bağlayan güçlü kuvvetin doğasını anlamak için esastır.

Ayrıca, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda madde ve antimadde neredeyse eşit miktarlarda üretildiğinden, ALICE araştırmacıları ayrıca antihipertritonları inceleyebildi ve yaşam sürelerini belirleyebildi.

Ölçümlerin deneysel belirsizliği içinde, antihipertriton ve hipertritonun aynı ömre sahip olduğunu buldular.

İki yaşam arasında küçük bir fark bile bulmak, doğanın temel bir simetrisinin, CPT simetrisinin kırılmasının sinyalini verebilir.

Ekibin sonuçları çevrimiçi olarak arXiv.org sunucusunda yayınlandı.