Evren’imiz simetri kanunlarını nasıl bozdu.
Fiziğin Standart Modeli’nin Evreni ve içindeki herşeyi yeterli olarak açıklayabilmesinin önünde duran pek çok cevaplanmamış sorunun içinde en büyüklerinden birisi, madde-anti madde asimetrisidir.
Büyük Patlama’nın ürettiği eşit miktarlardaki madde ve anti madde, birbirlerini dengeleyerek, hemen hemen hiçbir parçacık içermeyen bir Evren ile sonuçlanmış olmalıydı, ancak hal böyleyken, bizler buradayız. Şimdi ise CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki bir bulucudan gelen yeni sonuçlar, kendi varoluşumuzun ikilemini açıklamakta konusundaki en iyi şansımız olabilir.
Asimetrik Evren sorunumuzun bir miktar arkaplanına bakacak olursak, fizik kanunlarının, olağan maddenin her parçacığı için, eşdeğer fakat zıt bir antiparçacık bulunduğunu tahmin ettiğini görürüz.
Bu durum, negatif yüklü her elektron için, pozitif yüklü bir pozitif elektron bulunduğu anlamına gelir. Sıradan her hidrojen atomu için, bir anti hidrojen atomu vardır.
Eğer bir antiparçacık sıradan bir parçacık bulursa, birbirlerini yok edecekler ve ışık şeklinde enerji bırakacaklardır.
Sorun, Büyük Patlama’nın baryonik madde ve antibaryonik madde olarak adlandırılan, madde ve antimadde şeklinde eşit miktarlarda baryon parçacığı (atomdan ufak, ağır tanecik) üretmiş olduğunu tahmin eden fiziğin Standart Modeli’ni düşündüğümüz zaman ortaya çıkıyor.
Baryonlar, çok önemli bir atom altı parçacığı türüdür, çünkü Evren’deki görünür maddenin kütlesinin çoğunu oluşturan şu proton ve nötronları biliyor musunuz? Onlar baryondur.
Evren’de antibaryonik maddeden çok daha fazla miktarda baryonik madde bulunduğu gerçeği, bir sorun teşkil eder, çünkü Büyük Patlama’nın ürettiği eşit miktarlar, neredeyse derhal, herşeyi yok etmiş ve sadece radyasyondan başka hemen hemen hiçbir parçacık içermeyen bir Evren ile sonuçlanmış olmalıydı.
Standart Model, baryon parçacıklarında küçük bir asimetri miktarını açıklıyor, fakat bugün gördüğümüz aşırı miktardaki baryonik maddeyi kesinlikle açıklayamıyor.
Peki bütün bu maddeler nasıl dayandı?
Evren’deki simetrinin ihlal edilmesi, fizik kanunlarının madde ile antimadde için aynı olmadığı anlamına geliyor, ve fizikçiler, bu kanunların nerede farklı olabileceğini çözmeye çalışıyordu; bu olguya yük-eşitlik (CP) ihlali deniyor.
Önceki araştırmada, mezonlarda (hadron parçacık ailesinin bir parçası) CP ihlali olduğunun kanıtı bulunmuştu, fakat Evren’de bugün mevcut olduğu kadar madde miktarını tahmin etmek için, bunu baryonlarda da bulmamız gerekiyor.
Bilim insanları, bir yüzyıldan fazla süredir baryonlarda CP ihlalinin kanıtını arıyordu, ve şimdi İsviçre’deki CERN’de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) bulucularından biri ile çalışan araştırmacılar, nihayet bazılarını bulmuş gibi görünüyorlar.
Takım, LHCb bulucusunu kullanarak, kocaman miktarlarda özel bir baryon türü (Λb0 baryonu) ile onun antiparçacık tipini (Λb0-bar) üretti, ve birbiriyle çarpıştırıldığı zaman, her birinin bir protona (veya antiprotona) ve pion adı verilen üç adet yüklü parçacığa nasıl bozunduğunu gözlemlediler.
Takım şöyle açıklıyor: “Bu süreç son derece nadirdir, ve daha önce hiç gözlenmemişti. LHC’deki bu baryonların yüksek üretim oranı ve LHCb bulucusunun özelleşmiş yetenekleri, birliğe, bu bozunmaların yaklaşık 6.000 tanesinin saf bir örneğini toplama olanağı sağladı.”
Bu parçacıkların farklı bileşenlere bozunması önemli bir gerçek, çünkü, madde ve anti madde baryonu miktarları arasındaki kayda değer olan herhangi bir farklılık (veya asimetri), CP ihlalinin sonucunda meydana gelecekti.
Ve araştırmacıların bulduğu şey de tam olarak buydu.
Takım şöyle bildiriyor: “LHCb verisi, Λb0 ve Λb0-bar baryon bozunmalarının CP ihlaline duyarlı miktarlarında, bazı durumlarda yüzde 20 kadar büyük bir fark ile önemli bir asimetri seviyesi ortaya çıkardı.”
Bu heyecanlandırıcı bir şey, ve aslında çağdaş fizikteki en önemli gizemlerden birini çözmenin kıyısında olabiliriz… fakat henüz oraya gelmedik.
CERN, istatistiksel önemin (fizikçilerin şans eseri meydana gelmemiş olan olasılığı ölçme şekli) 3.3 standart sapma seviyesinde olduğunu bildiriyor, ve bu değer sadece 5 standart sapmaya ulaştığı zaman gerçekten bir keşif yaptığınızı iddia edebilirsiniz.
LHCb’nin şimdiye kadar bu baryon tepkimelerini oluşturmada ne kadar başarılı olduğunun kanıtlandığı göz önüne alındığında, sonuçların desteklendiğini veya çürütüldüğünü görmek, muhtemelen sadece bir zaman meselesi.
Ayrıca, Chris Lee’nin Ars Technica için açıkladığı üzere, bu 5 sihirli sayısının umut vaadetmesi için bir sebep var:
“Parçacık fiziği sonuçları, titiz istatiksel çözümleme yoluyla gürültüde taranıyor, dövülüyor ve çığlık atıyor; bir sürpriz olma ihtimali bir milyonda birin altında olmadığı sürece, hiçbir keşif tamamlanmış olmuyor. Bu sonuç henüz o aşamada değil (yaklaşık binde bir seviyesinde).
Bu yüzden, umut vaadediyor, ve LHC’nin veri oluşturma hızında, asimetri ya hızlı bir şekilde desteklenecek ya da tamamen ortadan kaybolacak. Ancak, mezon sonucunun iyi ve doğru bir şekilde onaylandığı göz önüne alındığında, bu sonucun yanlış olduğunun ortaya çıkması gerçekten tuhaf olur.”
Söyleyebileceğimiz tüm şey, burayı takip etmeniz, çünkü araştırmacılar, biz konuşurken LHC tarafından toplanan yeni ve daha büyük bir veri dizisini çözümlüyorlar. Ümit ediyoruz ki, bulduklarını görmek için çok fazla beklemek zorunda kalmayalım.
Çalışma, Nature Physics bülteninde yayınlandı.
ScienceAlert
