İşe Yaramaz Bulunan Foton Sızıntısı Fotoğraf Çekiyor

LHC’de genellikle çarpıştırılan proton ve kurşun elementi iyonu gibi yüklü parçacıklar, hızlandırıcıdaki dönemeçlerden geçerken ışık ışınımı biçiminde enerji kaybederler. Önceleri fizikçiler bu foton sızıntısına can sıkıcı bir durum olarak bakıyordu. Fakat artık dünya çapında pek çok laboratuvar, özellikle bunu üretmek için hızlandırıcı inşa ediyor. Bu yüksek enerjili ışığı kullanarak, malzemelerin ve süreçlerin yüksek hızlı görüntülerini en ince ayrıntısına kadar alabiliyorlar.

Artık LHC bilimcileri de çarpıştırdıkları protonların ve iyonların içinde neler olduğunu anlamak için LHC’yi bir türışık kaynağı olarak kullanıyor. LHC’nin hızlandırdığı parçacıklar çok büyük enerjili oluyor. Protonlar çarpıştığında, daha doğrusu protonları meydana getiren kuarklar ile gluonlar etkileştiğinde, taşıdıkları enerji kütleye dönüşerek, başka parçacıklar olarak belirir; örneğin Higgs bozonu olarak. Bu parçacıklar, çarpışma noktaları civarına yerleştirilmiş olan parçacık dedektörlerinden geçerken tekrar enerjiye bozunarak, ardında izlerini bırakır. Fizikçiler genellikle çarpışmalarda ortaya çıkan böyle parçacıkları inceler.

Ancak proton-foton çarpışmalarında, protonun kendisini inceleme şansları olur. Çünkü foton bir parçacığın içinden, onun yapısını bozmadan geçebilir. Protona zarar vermeden içinden geçerken, yol boyu yeni parçacıklar yaratır. “Yüksek enerjili bir ışık dalgası bir protona çarptığı zaman, protonun bütünlüğünü bozmadan çok çeşitli başka parçacıklar üretir. Bu parçacıklar dedektörlerimiz tarafından kaydedilir ve içeride ne olduğuna ilişkin emsalsiz yükseklikte kaliteye sahip resimler yapılandırmamızı sağlar,” şeklinde açıklıyor Kansas Üniversitesi’nin CMS dedektörü grubundan Daniel Tapia Takaki. Kendisi yüksek enerjili protonların ve çekirdeklerin içindeki gluonların yoğunluğunu incelemek için bu foton etkileşimlerini kullanmakla ilgileniyor.

Bir proton ışık hızına yakın hızlara çıkartılırken, gluonları şişer ve sonunda hücrelerin bölünmesine benzer biçimde ayrılır. Bilimciler şunu bilmek istiyor: Gluonlar protonların içinde nasıl paketlenmiştir? Bunu öğrenmek, çarpıştıklarında ne olduğuna ilişkin bize ne bilgi verebilir?

Atomaltı parçacıkların özelliklerini öngörmede oldukça başarılı olan Standart Model, bir protonun içindeki gluonların yoğunluğunun, proton-foton etkileşimi sırasında protonun J/psi parçacığı biçiminde bir çift cazibe (“tılsım/tılsımlı/cazip/cazibeli/çekici” adları da kullanılıyor [İng. charm]) kuark salma olasılığı ile doğrudan ilişkili olduğunu öngörüyor. “Dolayısıyla J/psi üretim oranına net bir şekilde bakarak, gluon yoğunluğunu otomatikman öğrenmiş oluyoruz,” diyor Tapia Takaki.

CMS grubuna katılmadan önce ALICE’de foton-kurşun etkileşimleri için benzer bir çalışma yapmış olan Tapia Takaki, şimdiki ekibi ile birlikte LHC’de şu anda çarpıştırılmakta olan kurşun iyonlarını daha derinlemesine incelemeyi planlıyor. Bu çalışmaların en kafa karıştırıcı yanının denklemleri uygulamak değil, çarpışmaları tanımlamak olduğunu belirtiyor. Proton-foton ve foton-kurşun çarpışmalarını tanımlayabilmek için meslektaşları ile birlikte deneylerini çok dikkatli programlamaları gerekiyor. “Bu pek kolay bir iş değil, çünkü ışığın protonlarla veya kurşun iyonları ile etkileşimleri sürekli olan birşey. Dedektörün bant genişliğini aşmadan bunları kaydetmenin bir yolunu bulmamız gerek,” diye ekliyor.