Yakın zamanda Physical Review Letters’da yayınlanan bir makalede, ALICE işbirliği, iki kuark ve üç kuark parçacıkları arasındaki artık etkileşimi incelemek için femtoskopi olarak bilinen bir yöntem kullandı. Bu ölçüm sayesinde ilk kez ɸ (phi) mezonu (garip-antistrange kuarklar) ile bir proton (iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark) arasında bir etkileşim gözlemlenmiş oluyordu.
ALICE Misyonu (İşbirliği) Nedir?
ALICE (A Large Ion Collider Experiment) İşbirliği, LHC( Lage Heavy Collider) tarafından sağlanan ultra-göreceli enerjilerde çekirdek çarpışmalarını incelemek için optimize edilmiş bir dedektör inşa etti.
Amaç, laboratuvarda şimdiye kadar ulaşılan en yüksek enerji yoğunluklarında güçlü bir şekilde etkileşime giren maddenin fiziğini incelemektir. Bu gibi durumlarda, maddenin aşırı bir fazı – kuark-gluon plazması olarak adlandırılır – oluşur.
Evrenimizin, Big Bang’den sonra, kuarklar ve gluonların proton ve nötronları oluşturmak üzere birbirine bağlanmasından önce, saniyenin ilk birkaç milyonda biri kadar ilkel bir durumda olduğu düşünülüyor.
Maddenin bu ilkel halini laboratuvarda yeniden yaratmak ve nasıl geliştiğini anlamak, maddenin nasıl organize edildiği ve kuarkları ve gluonları sınırlayan mekanizmalar hakkındaki sorulara ışık tutmamızı sağlayacaktır.
Bu amaçla, ağır çekirdeklerin (208Pb) çarpışmalarında üretilen hadronlar, elektronlar, müonlar ve fotonlar hakkında kapsamlı bir çalışma yürütüyoruz.
ALICE ayrıca proton-proton ve proton-çekirdek çarpışmalarını hem çekirdek-çekirdek çarpışmalarıyla karşılaştırmalı olarak hem de kendi başlarına inceliyor.
Yazımıza tekrardan dönüş yaparsak;
ɸ mezonu elektriksel olarak yüklü olmadığı için, proton ve ɸ arasındaki bir etkileşim elektromanyetik kökenli olamaz. Proton ve ɸ arasında yalnızca güçlü etkileşim olmaktadır.
Güçlü etkileşim, kuarkları hadronların içinde bir arada tutan şeydir (proton ve ɸ mezon gibi), artık güçlü etkileşim ise hadronlar arasında etki eden kuvvettir. Bu, protonları ve nötronları atom çekirdeğinde bir arada tutmaktadır.
Çekirdekler gibi kararlı bağlı durumlarda incelenebilen protonlar ve nötronlar arasındaki artık güçlü etkileşimin aksine, parçacık çarpışmalarında üretilen kararsız hadronlar arasındaki etkileşimi gözlemlemek çok zordur.
Artık Güçlü Kuvvet(Etkileşim) Nedir?
Bir protondaki kuarklar ile başka bir protondaki kuarklar arasındaki güçlü kuvvet, itici elektromanyetik kuvveti alt edecek kadar güçlüdür. Buna artık güçlü etkileşim denir: Çekirdeği birbirine “yapıştıran” budur.
Hadronları Tanıyalım
Parçacık fiziğinde, güçlü etkileşim tarafından bir arada tutulan iki veya daha fazla kuarktan oluşan bileşik bir atom altı parçacıktır.
Elektrik kuvveti tarafından bir arada tutulan moleküllere benzerler. Sıradan maddenin kütlesinin çoğu iki hadrondan gelir: proton ve nötron, proton ve nötronların kütlesinin çoğu ise, güçlü kuvvet nedeniyle, kendilerini oluşturan kuarkların bağlanma enerjisinden kaynaklanır.
Yazımıza tekrar dönersek;
Femtoskopi olarak bilinen bir yaklaşım kullanılarak LHC’de mümkün olduğu bulundu. LHC çarpışmalarındaki hadronlar birbirine çok yakın, yaklaşık 10-15 m mesafelerde üretilir (birim femtometre olarak bilinir, dolayısıyla femtoskopi adı verilir).
LHC(Large Hadron Collider): Büyük Hadron çarpıştırıcısıdır. .
Bu ölçek, artık güçlü kuvvetin aralığıyla eşleşir ve hadronlara uçup gitmeden önce kısa bir etkileşim şansı verir. Sonuç olarak, çekici bir etkileşim yaşayan hadron çiftleri birbirine biraz daha yakın hareket ederken, itici bir etkileşim için tam tersi gerçekleşir.
Her iki etki de parçacıkların ölçülen bağıl hızlarının ayrıntılı analiziyle açıkça gözlemlenebilir.
p-ɸ (proton-ɸ mezon) etkileşimi bilgisi nükleer fizikte iki yönlü ilgi çekicidir.
İlk olarak, bu etkileşim, kiral simetrinin kısmi restorasyonu için aramalar için bir bağlantı noktasıdır. Güçlü etkileşimi karakterize eden sol ve sağ (kiral) simetrinin Doğada bozulduğu bulunmuştur.
Bu etki, onları oluşturan kuarkların kütlelerine göre proton ve nötron gibi hadronların çok daha büyük kütlelerinden sorumludur.
Bu nedenle, kiral simetri, kütlenin kendisinin kökeniyle bağlantılıdır!
Kiral simetrinin restorasyonunu aramanın ve kütle oluşturan mekanizmaya ışık tutmanın olası bir yolu, LHC’deki çarpışmalarda oluşan yoğun nükleer madde içindeki ɸ mezonların özelliklerinin modifikasyonlarını incelemektir.
Bununla birlikte, bu amaç için, ilk önce vakumdaki basit iki cisim p-ɸ etkileşiminin anlaşılması önemlidir.
İkinci ilgi noktası, garip-karşıt aralıklı kuark içeriği nedeniyle, ɸ mezonunun hiperonlar (Y) olarak adlandırılan bir veya daha fazla garip kuark içeren baryonlar (üç kuarktan oluşan hadronlar) arasındaki etkileşimin olası bir aracı olarak kabul edilmesidir. ).
Nötron Yıldızlarının Çekirdeğinde Olanlar
Bu etkileşimin gücüne bağlı olarak, hiperonlar, en yoğun ve en az anlaşılan astrofizik nesneler arasında yer alan nötron yıldızlarının çekirdeğini oluşturabilir.
Y-ɸ etkileşim kuvvetinin doğrudan ölçümü, uygulanabilir olmasına rağmen henüz gerçekleştirilmemiştir, ancak günümüzde bu miktar, temel simetriler yoluyla p-ɸ bulguları temelinde tahmin edilebilir.
Bu nedenle, p-ɸ etkileşimini ölçmek, nötron yıldızlarındaki Y-Y etkileşimine dolaylı erişim sağlar.
ALICE tarafından ölçülen orta düzeyde etkileşim gücü, nükleer ortam içindeki ɸ özelliklerinin daha sonraki çalışmaları için nicel bir referans sağlar ve ayrıca nötron yıldızlarındaki hiperonlar arasında ihmal edilebilir bir etkileşime dönüşür.
Yaklaşan LHC Çalışmaları 3 ve 4 sırasında daha doğru ölçümler yapılacak ve çıkarılan parametrelerin kesinliğinin önemli ölçüde iyileştirilmesine ve ayrıca Y-ɸ etkileşiminin doğrudan tespit edilmesini mümkün kılacaktır.
Kaynak: ScienceDaily
