Protonlar, Protonun Kendisinden Daha Ağır Olan Küçük Bir Parçacık İçerebilir

Yeni araştırmalar, protonların düşündüğümüzden daha fazla "çekiciliğe" sahip olabileceğini öne sürüyor.

Bir proton, bir atomun çekirdeğini oluşturan atom altı parçacıklardan biridir. Protonlar ne kadar küçük olursa olsunlar, çeşitli türlerde kuarklar olarak bilinen daha da küçük temel parçacıklardan oluşurlar.

Tipik olarak, bir protonun iki yukarı ve bir aşağı kuarktan oluştuğu düşünülür. Ancak yeni bir çalışma, bundan daha karmaşık olduğunu söylüyor.

Protonlar ayrıca, protonun kütlesinin 1,5 katı olan temel bir parçacık olan tılsım kuarkını da içerebilir. Daha da tuhafı, proton tılsım kuarkı içerdiğinde, ağır parçacık hala protonun kütlesinin sadece yarısını taşır.

Bulgu, kuantum fiziğinin olasılık dünyasına iniyor. Tılsım kuark ağır olmasına rağmen, bir protonda ortaya çıkma şansı oldukça küçüktür, bu nedenle yüksek kütle ve küçük şans temelde birbirini iptal eder.

Başka bir deyişle, tılsım kuarkının tam kütlesi, tılsım kuarkı orada olsa bile proton tarafından alınmaz.

Protonlar, tüm maddeyi oluşturan atomların yapısı için temel olsa da, aynı zamanda çok karmaşıktırlar.

Fizikçiler aslında protonların temel yapısını bilmiyorlar. Milan Üniversitesi'nden fizikçi Stefano Forte, Nature Briefing podcast'ine verdiği demeçte, kuantum fiziği, mevcut olduğu bilinen yukarı ve aşağı kuarkların ötesinde, diğer kuarkların ara sıra protonlara dönüşebileceğini savunuyor, diyor.

Forte, Nature’da 17 Ağustos'ta yayınlanan protonlardaki tılsım kuark için kanıt gösteren yeni makalenin ortak yazarlarından biriydi.

6 çeşit kuark vardır. Üçü protonlardan daha ağırdır ve üçü protonlardan daha hafiftir. Tılsım kuark, ağır yığının en hafifidir, bu nedenle araştırmacılar, bir protonun kendisinden daha ağır bir kuark içerip içeremeyeceğini öğrenmek için çalışmaya bununla başlamak istediler. Bunu, 35 yıllık parçacık parçalama verilerine yeni bir yaklaşım getirerek yaptılar.

Atom altı ve temel parçacıkların yapısı hakkında bilgi edinmek için araştırmacılar, Cenevre yakınlarında bulunan dünyanın en büyük atom parçalayıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık hızlandırıcılarda, parçacıkları birbirine karşı inanılmaz hızlarda fırlatırlar.

Kar amacı gütmeyen NNPDF işbirliğine sahip bilim insanları, fotonların, elektronların, müonların, nötrinoların ve hatta diğer protonların protonlara çarptığı deney örnekleri de dahil olmak üzere, 1980'lere kadar uzanan bu parçacık parçalayıcı verileri topladı.

Araştırmacılar, bu çarpışmalardan kaynaklanan enkazlara bakarak parçacıkların orijinal durumunu yeniden oluşturabilirler.

Yeni çalışmada, bilim insanları, tüm bu çarpışma verilerini, yapıların nasıl görünebileceğine dair herhangi bir ön yargı olmaksızın kalıpları aramak için tasarlanmış bir makine öğrenimi algoritmasına devretti.

Algoritma, olası yapıları ve bunların gerçekten var olma olasılığını inceledi.

Forte, Nature Briefing'e verdiği demeçte, çalışmanın "küçük ama göz ardı edilemez" bir tılsım kuark bulma şansı bulduğunu söyledi. Forte, araştırmacıların protonlardaki tılsım kuarkın inkâr edilemez keşfini ilan etmeleri için kanıt düzeyi yeterince yüksek değildi, ancak gerçek olabileceğine dair "ilk sağlam kanıt" olduğunu söyledi.

Şimdilik, fizikçilerin bir proton içindeki anlaşılması zor "çekicilik" hakkında daha fazla veriye ihtiyacı var.