Derinlemesine Analiz, Teyitli Haber! Tıkla ve favori kaynağın yap.
Evrenin doğumundan hemen sonraki o kısa ve karmaşık dönemi anlamaya çalışan fizikçiler, yıllardır oldukça sıra dışı bir madde hâlinin peşinde: Kuark-gluon plazması.
Büyük Patlama’nın ardından evren henüz saniyenin milyonda biri kadar bile yaşlı değilken, bugün bildiğimiz protonlar ve nötronlar daha oluşmamıştı. Kuarklar ile onları bir arada tutan gluonlar, aşırı sıcak ve yoğun bir ortamda serbestçe hareket ediyordu.
Bilim insanları işte bu ilkel maddeyi yeniden oluşturabilmek için CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nı kullanıyor. Şimdiye kadar kuark-gluon plazmasının ancak kurşun gibi çok ağır atom çekirdeklerinin çarpıştırılmasıyla üretilebileceği düşünülüyordu. Ancak son sonuçlar, bu görüşün değişebileceğine işaret ediyor.
CERN bünyesindeki ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb deneyleri, oksijen ve neon çekirdeklerinin çarpıştırıldığı çalışmalarda kuark-gluon plazmasının oluşmuş olabileceğini gösteren yeni bulgular elde etti. Geçtiğimiz yıl gerçekleştirilen ilk oksijen çarpışmalarında dikkat çekici sinyaller görülmüştü. Daha ayrıntılı analizler ise hem oksijen-oksijen hem de neon-neon çarpışmalarında evrenin ilk dönemlerindeki bu madde hâlinin ortaya çıkmış olabileceğini gösterdi.
Üstelik bulgular yalnızca tek bir ölçüme dayanmıyor. Dört farklı deney ekibinin, birbirinden farklı yöntemler kullanarak benzer sonuçlara ulaşması araştırmayı daha da önemli hâle getiriyor.
Kuark-gluon plazması, sıcaklığın Güneş’in merkezindekinden 100 bin kat daha yüksek olduğu koşullarda oluşuyor. Bu kadar yüksek enerjilerde proton ve nötronları meydana getiren kuarklar ile bunları bir arada tutan gluonlar birbirlerinden ayrılıyor. Parçacıklar, yoğun ve sıcak bir sıvıyı andıran ortamda serbest biçimde hareket etmeye başlıyor. Fizikçilere göre Büyük Patlama’dan sonraki ilk mikro saniyelerde evrendeki madde de tam olarak bu durumdaydı.
Yaklaşık 14 milyar yıl sonra bilim insanları, aynı koşulları laboratuvar ortamında yalnızca çok kısa bir süre için de olsa yeniden oluşturabiliyor. Bunun için atom çekirdekleri ışık hızına yakın hızlarda birbirine çarptırılıyor. Çarpışmayla açığa çıkan aşırı enerji, kuark-gluon plazmasının oluşmasına imkân sağlıyor.
Araştırmacılar uzun yıllar boyunca bu plazmanın oluşması için kurşun gibi ağır atom çekirdeklerine ihtiyaç duyulduğunu düşünüyordu. Bunun nedeni oldukça basit: Ağır çekirdekler çarpıştığında daha büyük bir enerji yoğunluğu ortaya çıkarıyor ve gerekli sıcaklık ile basınca ulaşmak kolaylaşıyor.
Ancak son yıllardaki deneyler bu görüşü biraz olsun sarsmış durumda.
Daha önce proton-proton ve proton-kurşun çarpışmalarında da kuark-gluon plazmasına işaret eden bazı belirtiler tespit edilmişti. Geçtiğimiz yıl oksijen-oksijen çarpışmalarından alınan ilk sinyaller de bilim dünyasında dikkat çekmişti.
Yeni analizler, oksijen deneylerindeki sinyallerin tahmin edilenden daha güçlü olduğunu ortaya koydu. Benzer etkilerin neon çekirdekleriyle yapılan çarpışmalarda da görülmesi, hafif atomların da gerekli ortamı oluşturabileceği ihtimalini güçlendirdi.
Araştırmacıların en önemli gözlemlerinden biri, yüksek enerjili kuark ve gluonların çarpışmanın ardından beklenenden daha fazla enerji kaybetmesi oldu.
“Parton enerji kaybı” olarak adlandırılan bu durum, parçacıkların son derece yoğun bir ortamın içinden geçmesi hâlinde ortaya çıkıyor. Yani parçacıklardaki enerji kaybı, kuark-gluon plazmasının varlığına işaret eden önemli göstergelerden biri sayılıyor.
ATLAS deneyi, bu etkiyi çarpışma sonucunda oluşan parçacık jetleri arasındaki enerji dengesizliğini inceleyerek belirledi. Çekirdeklerin tam merkezden çarpıştığı olaylarda enerji kaybının daha belirgin olduğu görüldü. Aslında bu sonuç beklentilerle uyumlu. Çünkü merkezî çarpışmaların daha büyük hacimli bir kuark-gluon plazması meydana getirmesi bekleniyor.
CMS deneyi, oksijen ve neon çarpışmalarında yüksek enerjili parçacıkların sayısının proton çarpışmalarına göre belirgin biçimde azaldığını gözlemledi. LHCb ise bir charm kuarkı ile hafif bir kuarktan oluşan parçacıkların neon çarpışmalarında, oksijen çarpışmalarına kıyasla daha fazla baskılandığını belirledi.
Neon çekirdekleri oksijen çekirdeklerinden daha ağır olduğu için daha büyük bir kuark-gluon plazması oluşturması bekleniyor. Böyle bir ortamda ilerleyen parçacıkların da doğal olarak daha fazla enerji kaybetmesi gerekiyor. Elde edilen veriler, işte bu beklentiyle örtüşüyor.
ALICE ekibi de gözlenen enerji kaybının başka süreçlerden kaynaklanıp kaynaklanmadığını anlamak için oksijen-oksijen ve proton-oksijen çarpışmalarını karşılaştırdı. Analizler, oksijen çarpışmalarında parton enerji kaybına ilişkin net işaretler bulunduğunu ortaya koydu.
Bilim insanları yalnızca enerji kaybını incelemekle yetinmedi. Kuark-gluon plazması oluştuğunda ortaya çıkması beklenen diğer etkiler de araştırıldı.
Bunlardan biri, ağır bir kuark ile karşıt kuarktan meydana gelen kısa ömürlü parçacıkların farklı oranlarda baskılanmasıydı. CMS ve LHCb ekiplerinin upsilon mezonları üzerinde yaptığı ölçümler, teorik beklentilerle uyumlu sonuçlar verdi. ALICE ise çarpışma sonrasında oluşan parçacıkların uzaydaki dağılımını analiz etti. Üç kuarktan oluşan baryonların, iki kuarktan oluşan mezonlara göre daha belirgin bir yönelim göstermesi dikkat çekti.
Bu farklılığın, kuark-gluon plazmasının kolektif hareketinin çarpışmada oluşan parçacıklara aktarılmasından kaynaklanabileceği düşünülüyor. Dört deneyden elde edilen gözlemlerin hiçbiri tek başına kesin kanıt olarak değerlendirilmiyor. Ancak bağımsız ekiplerin farklı ölçüm yöntemleriyle benzer bir tabloya ulaşması oldukça dikkat çekici.
Google Play
App Store
11:23
