Syracuse Üniversitesi Temel Bilimler Kolejinden fizikçiler, tılsım kuark içeren temel parçacıklarda madde ve antimadde bozunumunun farklı olduğunu doğruladılar.
Popular Science arşivinden /
Profesör Sheldon Stone, bu bulguların ilk olduğunu, ama madde-antimadde asimetrisinin daha önce garip kuarklarda ve güzellik kuarklarında da saptandığını söyledi.
O ve okulun Yüksek Enerjili Fizik (HEP) araştırma grubu D0 mezonlarıyla anti D0 mezonlarının daha stabil yan ürünlere dönüşümü arasındaki farkı ilk defa ve %99,999 doğruluk payıyla ölçtüler. Mezonlar, birbirine güçlü etkileşimlerle bağlı bir kuarktan ve bir de antikuarktan oluşan atomaltı parçacıklar. İsviçre’de, Cenevre’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı güzellik deneyine (LHCb) katkıda bulunan Stone, “Bugüne kadar madde-antimadde asimetrisini ölçmek için nice girişimde bulunuldu ama hiçbiri bunu başaramamıştı. Bu, antimadde araştırmalarında bir dönüm noktası” dedi.
Bu bulgular, temel parçacıkların etkileşimini açıklayan Standart Model’in ötesinde yeni bir fiziğe işaret ediyor olabilir. Stone, “O gün gelene kadar, gözlemi kuramsal girişimlerle, daha bilindik yöntemlerle açıklamaya çalışmalıyız” diye ekliyor.
Her parçacığın kendiyle tamamen aynı fakat yükü zıt olan bir anti parçacığı var. Hidrojen ve antihidrojen atomları üstünde yapılan hassas çalışmalar gösteriyor ki bu atomlar arasındaki benzerlikler virgülden sonraki milyarıncı basamakta.
Madde ve antimadde parçacıkları birbirine temas edince bir enerji patlamasıyla birbirini yok ediyor. Tıpkı bundan 14 milyar yıl önce Büyük Patlama’da olduğu gibi. Kendisine bu yıl Deneysel Parçacık Fiziği alanında W.K.H. Panofsky Ödülü veren Amerikan Fizik Derneği’nin de üyesi olan Stone, “İşte bu yüzden etrafımızı saran evrende doğal olarak bu kadar az antimadde var” diyor. Stone’un aklındaki soru, madde ve anti maddenin eşit ama zıt doğasıyla ilgili: “Eğer evrenin doğumuyla aynı miktarda madde ve antimadde ortaya çıktıysa geriye bugün saf enerjiden başka hiçbir şey kalmamış olması gerekirdi. Oysa durumun öyle olmadığı bariz” diyor. Stone ve LHCb’deki arkadaşları bunun üzerine, madde ve antimadde arasında maddenin niye bu kadar baskın olduğunu gösteren küçük farklar aramaya başlamışlar.
Yanıt bilim insanlarının protonları çarpıştırdığı, dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) gizli olabilir. LHC ne kadar çok enerji üretirse çarpışma sırasında açığa çıkan parçacıklar (ve anti parçacıklar) da o denli büyük kütleli oluyor. Syracuse’nın HEP grubundaki doktora sonrası araştırmacı Ivan Polyakov gibi bilim insanları, işte bu çarpışmalardan arta kalanlara bakarak parçacık bileşenleri arıyor. “Dünyamızda anti madde görmüyoruz, o yüzden yapay olarak üretmeliyiz” diyor Polyakov. “Bu çarpışmalardan elde edilen veriler, kararsız parçacıkların bozunarak ve dönüşerek daha kararlı yan ürünler oluşturmasının haritasını sunuyor”
HEP maddenin yapıtaşı olan temel parçacıklar alanındaki öncü çalışmalarıyla tanınıyor. Kuarkların altı çeşidi (ya da çeşnisi) var ama bilim insanları bunlardan genelde çiftler halinde söz ediyor: yukarı/aşağı, tılsım/ garip ve üst/alt. Her bir çiftin karşılık gelen bir kütlesi ve elektronik yükü var.
HEP ise LHCb’nin b harfini oluşturan güzellik kuarkının yanı sıra tılsım kuarkıyla ilgileniyor. Tılsım kuarkı, nispeten yüksek kütlesine rağmen çok kısa ömürlü ve hemen bozunup daha stabil bir şeye dönüşüyor.
HEP kısa süre önce aynı parçacığın iki farklı versiyonunu araştırdı. Bunlardan birinde bir tılsım kuark ve bir yukarı kuarkın anti madde versiyonu olan anti yukarı kuark bulunuyordu. Maddenin diğer versiyonundaysa bir anti tılsım kuarkı ve bir de yukarı kuark mevcuttu. Bilim insanları LHC verilerinden yola çıkarak parçacığın iki versiyonunu da tanımladılar ve her bir parçacığın yeni yan ürünlere bozunma sayısını saydılar.
“İki olası sonucun oranının iki parçacık seti için de aynı olması gerekirdi oysa oranların %10 kadar değiştiğini gördük” diyor Stone. “Bu da tılsım madde ve anti madde parçacıklarının birbirinin yerine geçemediğini kanıtlıyor.” Polyakov da buna şöyle katkıda bulunuyor: “Parçacıklar dışarıdan birbirinin aynı gibi görünse de içte davranışı farklı. İşte antimaddenin yapbozu da bu.”
Maddeyle anti maddenin farklı davrandığı fikri yeni değil. Daha önce garip kuark ve alt kuark içeren parçacık araştırmaları bu durumu zaten doğrulamıştı. Stone’un dediğine göre, bu çalışmayı benzersiz kılan şey tılsım kuarklı parçacıkların asimetrik olduğunun ilk kez gözlemlenmesi. “Bu tarih kitaplarına geçecek bir şey” diyor Stone.
