Madde Antimaddeye Karşı: LHC Keşfi Evrenin Yok Olmaktan Nasıl Kurtulduğunu Açıklayabilir

Belli ki bu gerçekleşmedi. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) yapılan deneyler, baryon adı verilen parçacıklar ile bunların antimadde ikizlerinin bozunmalarındaki şaşırtıcı bir farka işaret ederek, bu kıyametten nasıl kurtulduğumuza dair yeni ipuçları ortaya çıkarmış olabilir.

Antimadde, antiparçacıklarının kendilerine karşılık gelen parçacıklara zıt yüke sahip olmaları dışında, esasen normal madde ile aynı olmalıdır. Yine de bu küçük farkın önemli sonuçları vardır - eğer ikisi karşılaşırsa, bir enerji patlamasıyla birbirlerini yok ederler.

Modeller Büyük Patlama'nın madde ve antimaddeyi eşit miktarda yaratmış olması gerektiğini göstermektedir, ancak bu, o ilk anlarda oluşan parçacıkların toplamının yıldızlar, gezegenler ve yaşam oluşmadan çok önce iptal edilmiş olacağı anlamına gelir.

İlk etapta bulmacayı düşünmek için burada olduğumuza göre, bir şeyin araya girdiği açıktır. Bilinmeyen bir mekanizma sayesinde kozmosta antimaddeden biraz daha fazla madde kalmış gibi görünüyor.

CERN fizikçileri şimdi LHC verilerini analiz ederek, varlığımızı borçlu olduğumuz bu dengesizliğe katkıda bulunan madde ve antimaddenin nasıl davrandığına dair başka farklılıklar olduğuna dair ikna edici kanıtlar keşfettiler.

Teorik olarak, tüm parçacıkların yük-parite (CP) simetrisi olarak bilinen şeye tabi olması gerekir. Temel olarak, Evrendeki tüm parçacıkların yükünü tersine çevirseniz ve uzaysal koordinatlarını tersine çevirseniz, bu ayna-Evren yine de bizimkiyle aynı fizik yasalarına uymalıdır.

Ancak bazı etkileşimlerin bu simetriyi ihlal ettiği ortaya çıktı. 1964 yılında yapılan önemli bir deneyde, K2 mezonları adı verilen parçacıkların zaman zaman CP simetrisini ihlal etmeden yapamayacakları ürünlere bozunabildikleri bulunmuştur. Bu çok nadir bir durumdu - her 1.000 bozunma olayından yaklaşık 2'si - ancak o dönemde kabul gören fizik görüşlerini altüst etmeye yetti.

Daha sonraki yıllarda yapılan birçok deneyde bir dizi başka parçacıkta da benzer ihlaller bulundu, ancak bunlar yalnızca diğer mezon türlerinde görüldü. Bu, antimaddenin nadirliğini açıklamak için yeterli olmazdı. CP ihlalleri, Evren'deki gözlemlenebilir maddenin çoğunluğunu oluşturan diğer ana parçacık sınıfı olan baryonlarda henüz gözlemlenmemişti.

Yeni çalışma, 1964 çalışmasına benzer bir deneysel düzenek kullanarak - çok daha büyük ölçekte de olsa - nihayet baryonlarda CP ihlallerini tespit etti. Ekip, K2 mezonları yerine güzellik-lambda baryonları (Λb) adı verilen parçacıklara ve bunların antiparçacıklarına odaklandı.

Eğer CP simetrisi söz konusuysa, Λb ve anti-Λb parçacıkları aynı oranda bozunmalıdır. Ancak ikisi arasında önemli bir fark varsa, bu CP ihlalinin bir işaretidir.

LHCb işbirliğindeki araştırmacılar, 2009 ve 2018 yılları arasında LHC'nin ilk iki çalışması sırasında yakalanan on binlerce bozunumu analiz etti. İlginç bir şekilde, madde ve antimadde bozunumları arasında yaklaşık yüzde 2,45'lik bir fark buldular. Bu, sıfırdan 5,2 standart sapma anlamına geliyor ve CP ihlali gözlemini doğrulamak için yeterince büyük bir tutarsızlık oluşturuyor.

LHCb işbirliği sözcüsü Vincenzo Vagnoni, “CP ihlalini baryonlarda gözlemlemenin mezonlarda gözlemlemekten daha uzun sürmesinin nedeni, etkinin büyüklüğü ve eldeki verilerle ilgilidir” diyor.

"LHC gibi yeterince çok sayıda güzellik baryonu ve bunların antimadde muadillerini üretebilecek bir makineye ve bu makinede bozunma ürünlerini tam olarak belirleyebilecek bir deneye ihtiyacımız vardı.

“Bu parçacık sınıfında madde-antimadde asimetrisini ilk kez görebilmemiz için 80.000'den fazla baryon bozunumu gerekti.”

Bu büyük buluş, yepyeni kuvvetler ve parçacıklar için ipuçları sağlayabilir ve bu da antimaddenin neden Evren'in tüm içeriğini yok etmediği muammasını çözmeye yardımcı olabilir.

Vagnoni, "CP ihlallerini ne kadar çok sistemde gözlemlersek ve ölçümler ne kadar hassas olursa, Standart Modeli test etmek ve ötesindeki fiziği aramak için o kadar çok fırsatımız olur" diyor.

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.