Yakın zamanda yapılan bir çalışma, tılsım ve güzellik kuarklarından oluşan bir tetrakuarkın varlığını ortaya koyarak, güçlü kuvvet etkileşimleri ve atom altı parçacık fiziği anlayışımızı geliştiriyor.
Tata Temel Araştırmalar Enstitüsü (TIFR) ve Matematiksel Bilimler Enstitüsü (IMSc) araştırmacıları, Physical Review Letters dergisinde, atom altı parçacıkların karmaşık dünyasına ilişkin keşiflerini yansıtan yeni bir bulgu yayınladı. Çalışmaları, güçlü kuvvet hakkındaki bilgilerimizi genişletiyor ve egzotik atom altı parçacıklar ve kuantum kromodinamiği (QCD) çalışmaları için yeni yollar açıyor.
Evrendeki gözlemlenebilir tüm maddelerin kütlesinin neredeyse tamamını üreten gizemli temel güçlü kuvvet, bu araştırmanın merkezinde yer alıyor. Nihayetinde dünyamızdaki gözlemlenebilir maddenin tamamını oluşturan tüm bileşik atom altı parçacıklar, kuark adı verilen az sayıda temel parçacığın gluon alışverişi yoluyla birbirleriyle etkileşime girmesiyle oluşur.
Güçlü etkileşimlerin dinamiklerini kontrol eden Kuantum Kromodinamiği (QCD) teorisi bu kavrayış için esastır. QCD’ye göre renk-nötr kuark eşleşmeleri hadron olarak bilinen atom altı parçacıklara dönüşebilir.
Hadronlar tarihsel olarak iki ana gruba ayrılmıştır: pionlar gibi bir kuark ve bir antikuarktan oluşan mezonlar ve protonlar gibi üç kuarktan oluşan baryonlar. Dört, beş ya da altı kuarklı olanlar gibi egzotik hadronlar ve hatta glueballs gibi gluon içeren parçacıklar bu kategorilerin dışında bulunur.
Ancak parçacık fizikçileri için bu olağandışı hadronların varlığı yakın zamana kadar büyük ölçüde bilinmiyordu. Son on beş yılda elde edilen deneysel bulgular, şimdiye kadar karanlık olan bu alana ışık tutarak, atom altı parçacıklara ilişkin anlayışımızı zorlayan ve güçlü kuvvet anlayışımıza meydan okuyan geniş bir sıra dışı hadron yelpazesini ortaya çıkardı.
Tetrakuark Keşfi: Parçacık Fiziğinin Yeni Bir Yönü
Tetrakuarklar ya da dört kuark (ya da daha doğru bir ifadeyle iki kuark ve iki anti-kuark) bu egzotik hadronlar arasındadır. Kesin şekilleri hala bilinmemektedir, ancak iki mezonun gevşekçe bağlanmış molekülleri, son derece kompakt formlar veya başka şekillerde var olabilirler. Ayrıca, en sık gözlemlenen egzotikler arasındadırlar ve gelecekte çok daha fazlasının bulunacağı tahmin edilmektedir. Teorik araştırmalar, kuark konsantrasyonlarını ve potansiyel enerjilerini tahmin ederek bunların bulunmasına yardımcı olabilir.
Dr. Nilmani Mathur, IMSc’den Dr. M. Padmanath ve TIFR Teorik Fizik Bölümü’nden doktora sonrası araştırmacı Dr. Archana Radhakrishnan tarafından yeni bir tetrakuark öngörüldü. Bu yeni atomaltı parçacık, güzel-çekici tetrakuarklar olan Tbc tetrakuark ailesinin bir üyesidir. İki hafif anti-kuark ile iki güzellik ve çekicilik kuarkından oluşuyor.
Bu hesaplamayı gerçekleştirmek için Hindistan Kafes Ölçü Teorisi Girişimi’nin (ILGTI) bilgisayar kapasitesinden yararlandılar. Bu özel tetrakuarkın gelişimini incelemek için bir cazibe ve bir alt mezon arasındaki etkileşimler kullanılmıştır. Bu çalışma, bir dizi kafes aralığı ve değerlik hafif kuark kütlesi boyunca varyasyonel yaklaşımlar kullanarak sonlu hacimlerde etkileşen mezon sistemlerinin enerji özdeğerlerini inceledi ve bu tetrakuarkın var olduğu sonucuna vardı. Beklenen parçacığa benzer şekilde, aynı kuark bileşimine sahip ancak farklı spin ve pariteye sahip alternatif tetrakuarklar mevcut olabilir.
Bu öngörü, iki tılsımlı kuark ve iki hafif antikuark içeren bir tetrakuarkın (Tcc) keşfinin henüz yapılmış olması nedeniyle çok şanslı bir zamana denk gelmektedir. Üretimi ve tespiti için gereken enerji aralığı ve parlaklığın daha erişilebilir hale geldiği göz önüne alındığında, yeni tahmin edilen parçacığın veya ilgili bir varyantın benzer deneysel teknikler kullanılarak bulunması oldukça olasıdır.
Dahası, tahmin edilen parçacığın bağlanma enerjisi, bulunan herhangi bir tetrakuarkınkinden daha büyüktür ve hafif kuarkın kütlesi arttıkça bağlanma zayıflar, bu da bir dizi kuark kütle rejimi boyunca güçlü etkileşimlerin karmaşık dinamiklerini önerir ve hadron oluşumunda, özellikle ağır kuarklarla güçlü kuvvetin büyüleyici yönlerini açıklığa kavuşturur.
Bu durum, güçlü kuvveti anlamada ve tam potansiyelini gerçekleştirmede yararlı olabilecek daha ağır egzotik atom altı parçacıkları aramak için yeni nesil deneyler için daha fazla teşvik sağlamaktadır.
Kaynak: scitechdaily
