Fizikçiler Higgs Bozonunun Kısa Ömrünü Araştırıyorlar

1.6 x 10^-22 saniye: Teoriye göre bu sayı atom altı dünyada en çok aranan parçacıklardan biri olan Higgs bozonunun ömrüdür. Bu süre o kadar kısadır ki, bu yazıyı okumak için kullandığınız cihazdan gelen ışık henüz gözünüze ulaşmadan trilyonlarca Higgs bozonu yaşayıp ölebilir.

Fizikçiler bu yaşamın gerçek dünya etkileri üzerine yoğunlaşıyorlar. CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısından (LHC) gelen verileri inceleyen bilim insanları Higgs'in ömrünü 1,6 x 10^-22 sayısına kadar düşürdüler. Bilim insanları, LHC'nin dedektörlerinden biri olan CMS'den gelen veriler sayesinde bunu yapabildiler. Bu çalışma büyük bir ilerlemedir ve Higgs bozonunun keşfinden yaklaşık on yıl sonra, parçacık hakkında daha öğrenilecek çok şey olduğunun da bir işaretidir.

California'daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda parçacık fizikçisi olan ve geçmişte CMS grubuyla çalışmış ancak bu gruba dahil olmayan Caterina Vernieri, "Bu iyi bir başarı, büyük bir dönüm noktası, ancak bu sadece ilk adım." dedi.

Higgs bozonu, "kuantum alanları" ve "simetri kırılması" adı verilen karmaşık kavramları içeren uzun bir hikayeyi kısaltmak için birçok parçacığın kütleye sahip olmasının nedenidir. İlk olarak 1960'larda teorize edildi. Adı Nobel ödüllü bir İngiliz fizikçi olan Peter Higgs'ten gelmektedir. Parçacıkların Fransa-İsviçre sınırında 17 mil uzunluğundaki bir halka boyunca daire çizdiği LHC tarafından mümkün kılınan, parçacıkların daha yüksek ve daha yüksek enerjide bir araya getirilmesi, keşfinin anahtarıydı. LHC 2008'de çevrimiçi oldu, 2012'de orada çalışan fizikçiler Higgs bozonu olabilecek bir şeyin izlerini buldular, ve 2013'ün sonunda, sonuçlarının yalnızca rastgele istatistiksel gürültü olmadığını belirlediler.

Teorik fizikçiler, Higgs bozonunun birçok özelliğini, keşfinden on yıllar önce öngörmüştü. Bu teorik tahminler bilim insanlarının buldukları ile iyi bir şekilde uyuşuyorsa, Higgs bozonunun modern parçacık fiziğinin arkasındaki teoriye uyduğunun ek kanıtı olacaktır ve bilim insanlarının, evrenin en küçük ölçeklerde nasıl hareket ettiği hakkında daha fazla bilgi edinmelerine yardımcı olacaktır.

Ancak bilim insanları, kendilerini dünyaya tam olarak göstermeyen şeyleri incelemeye çalışıyorlar. Higgs gibi parçacıklar, cılız boyutlarının yanı sıra, bozunmadan önce yalnızca kaybolacak kadar kısa zaman aralıkları için kendilerini gösterebilirler.

Vernieri, "Higgs bozonunun ömrü son derece küçük. Deneyimizde üretildiğinde, aslında Higgs bozonunu gerçekten ölçmüyoruz veya bir Higgs bozonu görmüyoruz, ancak gördüğümüz şey, bozunduğu parçacıkların enkazı." dedi.

Bu nedenle CMS bilim insanları, 2015 ve 2018 yılları arasında gerçekleştirilen LHC deneylerinden elde edilen verileri gözden geçirdiler. Higgs bozonunun bozunduğu parçacıklara bakarak, Higgs bozonunun sahip olabileceği bir dizi kütleyi bulabilirler. Belirsizlik ilkesi adı verilen kuantum özelliği sayesinde, bu aralık parçacığın ömrüyle ters orantılıdır ve fizikçilerin ikincisini birinciden hesaplamasına izin verir.

Hesaplamalarına göre, Higgs bozonunun ömrü 1,2 x 10^-22 saniye ile 4,4 x 10^-22 saniye arasında bir yerdedir. Bu, teorisyenlerin öngördüğü 1,6 x 10^-22 sayısıyla iyi bir uyum içinde olan Higgs bozonunun ömrüne ilişkin şimdiye kadarki en kesin tahmindir. 

Parçacık fizikçileri bu konuda daha iyi olabileceklerini düşünüyorlar. CMS fizikçisi ve projenin arkasındaki fizikçilerden biri olan Pascal Vanlaer yaptığı açıklamada, "Önümüzdeki yıllarda LHC çalışmalarından elde edilen veriler ve yeni analiz fikirleriyle ölçümün hassasiyetinin artması bekleniyor." dedi.

2018'den bu yana LHC, uygun bir şekilde Uzun Kapatma 2 olarak adlandırılan uzun bir süre için kapatıldı. Bu süre zarfında, çarpıştırıcı ve CERN'in çevresindeki tesisler bir dizi yükseltme geçirdi. Bu zaman çizelgesinde COVID-19'un neden olduğu bir kesintinin ardından, çarpıştırıcı şu anda Şubat 2022'de tekrar açılacak şekilde ayarlandı.

Higgs bozonu hakkında hala kesin olarak bilinmeyen pek çok başka şey var. Nasıl üretildiğinden diğer parçacıklara nasıl tepki verdiğine ve kendisiyle nasıl etkileşime girdiğine kadar. Bu özellikleri belirlemek için LHC bile yeterince hassas olmayabilir.

Vernieri, "LHC'de her milyar çarpışmada bir Higgs bozonu üretiyoruz. Genellikle Higgs bozonlarını görmeye çalışmak, bütün bir başka parçacık denizine bakmak zorunda kalmak anlamına geliyor. Parçacık üretimini çok hassas bir şekilde incelemek çok zorlu bir ortam." dedi.

Vernieri, anahtarın Higgs bozonunu daha yüksek hassasiyetle incelemek için daha temiz bir ortam olacağını söylüyor. Belki de bu, LHC'nin önerilen varislerinden birinin işidir.

 

Kaynak:

https://www.popsci.com/science/research-determines-higgs-boson-lifespan/