Yeni Kuark Keşfi Evrenin Doğuşu Hakkında Önemli Bir İpucu Ortaya Koydu

Bu özel kuark-anti-kuark çifti ilk kez iki çekirdek arasındaki bir çarpışmada tespit edildi. Bu tespit, zamanın başlangıcında, Büyük Patlama'dan sonraki anlarda Evren'i kapladığı düşünülen koyu kıvamlı kuark-gluon plazmasında altı kuark çeşidinin de var olduğuna dair kanıtları güçlendiriyor.

Bu, bu ilkel karışımın yeni ölçümlerini yapmaya ve Evrenimizin en başından beri nasıl oluştuğuna dair yeni bilgiler edinmeye bir adım daha yaklaştığımız anlamına geliyor.

Kuark-gluon plazması, normalde proton ve nötronların içinde bağlı olan temel kuark ve gluonların, son derece enerjik koşullar altında gevşek, etkileşimli bir “ bulamaç ” içinde kendi sınırlarından kurtulup bir araya geldiklerinde elde ettiğiniz şeydir.

Maddenin bu halini incelemekle ilgili sorun, kuarkların çok ama çok hızlı bir şekilde, saniyenin sadece küçük bir kesrinde bozunmasıdır. Büyük Patlama'dan sonra ortaya çıkan kuark-gluon plazması, parçacıklar bir araya gelerek normal maddeyi oluşturmaya başlamadan önce, hadronizasyon adı verilen bir süreçle, saniyenin yalnızca birkaç milyonda biri kadar var olmuştur.

Kuark-gluon plazmasını incelemek için fizikçiler Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi parçacık çarpıştırıcıları kullanarak ağır parçacıkları bir araya getirirler. Bu çarpışmalar, normal maddeyi oluşturma yolunda kuark-gluon plazma durumundan geçen bir parçacık yağmuru üretir. Bilim insanları kuark-gluon plazmasını araştırmak için bu sürecin ürünlerinin ölçümlerini alabilirler.

Üst kuarklar altı kuark çeşidinin en ağırıdır ve kuark-gluon plazmasının evrimini incelemek için özellikle değerli bir araçtır. Bununla birlikte, en ağır oldukları için ömürleri en kısadır, sadece 10-25 saniyedir. Bu, hadron oluşum zaman ölçeğinden daha kısadır, yani hadronizasyon gerçekleşmeden önce bozunurlar.

Ağır iyon çarpışmalarında oluşan kuark-gluon plazması 10-23 saniye sürer; bu nedenle üst kuarklar plazmanın bütününden önce yok olur ve bu da onları incelemeyi özellikle zorlaştırır.

Çoğu zaman fizikçilerin aradığı parçacıklar doğrudan tespit edilememekte, bunun yerine bozundukları ürünlerden izleri sürülmektedir ve yeni araştırma için de durum budur. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda, ATLAS İşbirliği'nden bir fizikçi ekibi, bozunma ürünlerinde dilepton bozunma kanalı yoluyla bir üst kuark çiftinin oluşumunu tespit etti.

Bu süreçte, üst kuarklar bir alt kuarka ve bir W bozonuna bozunur; W bozonu daha sonra bir nötrinoya ve bir elektron ya da bir müona bozunur. İşbirliği, bu süreci kurşun atomları arasındaki çarpışmalarda 5.03 sigma istatistiksel anlamlılıkla tespit etti - önemli bir tespit için beş sigma eşiğini aştı.

Ağır çekirdekler arasındaki bir çarpışmada ilk kez bir üst kuark çifti üretimi gözlemlendi. Bir önceki makalede, kurşun iyonu ile proton arasındaki çarpışmada bir üst kuark çiftinin üretimi tanımlanmıştı; yeni sonuç bir adım daha ileri giderek kuark-gluon plazmasıyla ilgili gelecekteki çalışmalar için bir yol sunuyor.

Araştırmacılar makalelerinde, “Bu sürecin gözlemlenmesi, kuark-gluon plazmasının denge öncesi aşamasında, Evren'in erken dönemlerindeki koşullara benzer şekilde, tüm kuark tatlarının varlığına dair kanıtları pekiştiriyor” diye yazıyor.

"Bu sonuç, kuark-gluon plazması ve üst kuarklarla erken Evren fiziği üzerine daha ileri çalışmaların önünü açıyor."

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.