Ağır iyon çarpışmaları anlık olarak Dünya’nınkinden 1018 kat daha büyük bir manyetik alan yarattığında gözle görülür yansımaları olmuştu.
Manyetik alan ve kuark-gluon plazması (QGP) adı verilen bir madde halinin araştırmacılar tarafından etkileşime girdiği görülmüştür. Atom çekirdeğindeki tüm parçacıkları bir arada tutan güçlü nükleer kuvvetin daha iyi anlaşılması, nötron yıldızlarındakinden 1000 kat daha güçlü bir manyetik alanın etkilerinin bu keşfi sayesinde mümkün olmuştur. Ayrıca, erken Evren simülasyonlarına rehberlik eden bir özellik olan QGP’nin elektrik iletkenliğinin olası değerini de sınırlamaktadır.
Gluonlar tarafından iletilen güçlü nükleer kuvvet, kuarkları normal maddede, öncelikle protonlar ve nötronlar olmak üzere çoklu kuark parçacıklarına bağlar. Ancak, kuarklar ve gluonlar bir QGP içinde serbestçe hareket edebilirler. Hipoteze göre, büyük patlamadan mikrosaniyeler sonra evreni bir QGP doldurmuştur. Evrenin erken dönemlerinde QGP’nin hareketini ve evrenin yapısını etkileyecek büyük elektrik ve manyetik alanlar da var olmuş olabilir.
2000 yılından bu yana New York’taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı‘ndaki bilim insanları, Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı’nda (RHIC) ağır çekirdek çiftlerinin çarpışmalarında QGP’ler üretmektedir.
Bu çarpışmalar hiçbir zaman tam olarak kafa kafaya olmadığından, her çekirdeğin pozitif yüklü nükleer malzemesinin önemli bir kısmı sıklıkla çarpışma bölgesinden hızla kaçar ve 1018 gauss kadar güçlü geçici bir manyetik alan üretme potansiyeline sahiptir. (Dünya’nın yüzeyinde manyetik alan değeri 0,5 gauss civarındadır.) Dolayısıyla, bir QGP ile bir manyetik alan arasındaki etkileşimi araştırma şansı RHIC’in nükleer çarpışmaları tarafından sunulabilir.
Bu araştırmalar, Evren’in erken dönemlerindeki koşulları açıklığa kavuşturabilir ve QGP’nin özelliklerini incelemek için yeni yollar açarak bu olağandışı maddenin çeşitli senaryolardaki davranışını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.
RHIC’deki STAR İşbirliği, bu zor alanı ve QGP ile etkileşimlerini keşfetmek amacıyla QGP’ler oluşturmak için 200 GeV enerjide altın, rutenyum veya zirkonyum çekirdek çiftlerini veya 27 GeV’de altın çekirdeklerini çarpıştırdı. Kuarklar iki ve üç kuark parçacıkları oluşturmaya başlamadan önce QGP’nin hayatta kalması için her çarpışmada sadece 10-23 saniye kalmaktadır ve bu parçacıklar sonunda dedektörlere uçmaktadır.
Bulunan proton gibi pozitif yüklü parçacıkların ve antiproton gibi negatif yüklü parçacıkların açısal dağılımları araştırmacılar tarafından karşılaştırıldı. Manyetik etkilerin bir araya gelmesiyle öngörülen yüklü parçacık sapma modelini gözlemlediler.
Manyetik alan zamanla değiştiğinde yüklü parçacıklara baskı yapabilen bir elektrik alanı üreten Faraday indüksiyonu, bunların en önde gelenlerinden biriydi.
Hollanda’daki Utrecht Üniversitesi’nden teorisyen Umut Gürsoy 2014 yılında tahminlerde bulundu ve deneysel sonuçlar onun tahminlerine niteliksel olarak uyuyor. Gürsoy ve arkadaşları, QGP simülasyonlarına dayanarak, bu çalışmada QGP’nin bakır gibi yaygın metallerden yaklaşık 500 kat daha yüksek bir iletkenliğe sahip olduğu varsayımını yaptılar. Gürsoy’a göre, teori ve deney arasındaki uyum, bu varsayımların makul olduğunu gösteriyor. Kesin bir QGP iletkenlik değeri, erken evren modelleri için çok önemlidir ve QGP’nin kendini nasıl kopyaladığına ve zaman içinde nasıl değiştiğine dair temel anlayışımıza katkıda bulunur.
Ayrıca, STAR İşbirliği’nden Los Angeles Kaliforniya Üniversitesi üyesi Gang Wang’a göre, “sonuçlar yaklaşık 1018 gauss’luk tahmini manyetik alanla tutarlıdır.”
Çin’deki Fudan Üniversitesi’nden STAR İşbirliği üyesi Diyu Shen’e göre, deneylerle keşfedilen yüksek manyetik alan, araştırmacılara nükleer maddedeki faz geçişlerinin incelenmesinde kullanabilecekleri yeni bir parametre sağlıyor. Geçmişte, bu değişimleri yönlendiren birincil faktörler sıcaklık ve kütle yoğunluğuydu. Shen, “Keşiflerimiz, araştırmayı yeni bir boyuta taşımamızı sağlıyor: manyetik alan” diye ekliyor.
Gürsoy, bulguların kuark ve gluonları yönlendiren temel ilkeleri anlamaya çalışan fizikçiler için önemli bir ilerleme olduğunu belirtiyor.
QGP’lerde gluonlar ve kuarklar arasındaki etkileşimin “hızla çok karmaşık hale gelen yüksek korelasyonlu bir sistemle” sonuçlandığını iddia ediyor. Sonuç olarak, teorisyenler tahminlerde bulunmak için modellerin yaklaşımlarına güveniyor.
Bu gerçekler ışığında elektromanyetik etkileşimleri daha kesin bir şekilde dahil ederek “teoriyi genişletebileceğimize” inanıyor.
