CMS konsorsiyumu üst kuarkların Einstein’ın ilkelerine sürekli olarak uyup uymadığını inceledi ve üst kuarkların Einstein’ın özel görelilik kuramına uygunluğunu incelemek üzere Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) ilk araştırmayı gerçekleştirdi.
Kompakt Muon Solenoid (CMS) dedektörü Fransa’nın Cessy köyünde yerin 100 m altında yer almaktadır ve 21 m uzunluğu, 15 m çapı ve toplam 14 000 ton (ya da yaklaşık 465 Boeing 737) ağırlığıyla dünyanın en büyüklerinden biridir.
CMS deneyi, 48 ülkedeki 210 enstitüden 4000’den fazla bilim insanı, mühendis ve öğrencinin katıldığı, tarihteki en büyük uluslararası bilimsel işbirliklerinden biridir.
Einstein’ın özel görelilik teorisi, kuantum mekaniği ile birlikte parçacık fiziğinin Standart Modelinin temelini oluşturur. Bunun merkezinde Lorentz simetrisi ilkesi yer alır: Deneysel sonuçlar, deneyi yürütenin yönü veya hızı ne olursa olsun değişmezdir.
Özel görelilik zaman içinde dayanıklılığını kanıtlamıştır. Bazı teoriler, özellikle de sicim teorisinin belirli biçimleri, aşırı yüksek enerjilerde özel göreliliğin işlevini yitirebileceğini ve deneysel verilerin deneyin uzay-zaman içindeki uzaysal yönelimine bağlı olacağını öne sürmektedir. Lorentz simetri kırılmasının kanıtları LHC’de olduğu gibi daha düşük enerjilerde görülebilir; ancak daha önceki araştırmalara rağmen LHC’de veya diğer çarpıştırıcılarda gözlemlenmemiştir.
CMS grubu, bilinen en ağır temel parçacıklar olan üst kuark çiftlerini inceleyerek LHC’de Lorentz simetri kırılmasını araştırmıştır. Deneyin yönelimine güvenmek, LHC’deki proton-proton çarpışmalarında üst kuark çiftlerinin üretim oranının zaman içinde dalgalanacağı anlamına gelecektir.
Spesifik olarak, Dünya kendi ekseni etrafında döndüğünde, LHC proton ışınlarının yönü ve CMS deneyindeki çarpışmalar sırasında üretilen üst kuarkların ortalama yörüngesi günün saatine göre değişir. Sonuç olarak, uzay-zamanda bir tercih yönü varsa, üst-kuark çiftlerinin üretim oranı günün saatine göre dalgalanacaktır. Dolayısıyla, sabit bir orandan sapma tespit edilmesi, uzay-zamanda tercih edilen bir yönelimin keşfedildiği anlamına gelecektir.
LHC’nin ikinci çalışmasından elde edilen en son CMS sonuçları, Lorentz simetrisinin korunduğunu ve Einstein’ın özel göreliliğinin bozulmadığını gösteren tutarlı bir orana işaret ediyor. CMS araştırmacıları bu sonucu, simetri korunurken boş olması beklenen parametrelerin büyüklüğü üzerinde kısıtlamalar oluşturmak için kullandılar. Türetilen sınırlar, feshedilmiş Tevatron hızlandırıcısında Lorentz simetri ihlaline ilişkin daha önce yapılan bir araştırmanın sonuçlarına kıyasla 100 kat kadar artmaktadır.
Bulgular, LHC’nin üçüncü çalışmasından elde edilen üst kuark verilerini kullanarak Lorentz simetri ihlaline ilişkin gelecekteki araştırmaları kolaylaştırmaktadır. Ayrıca, Higgs bozonu ile W ve Z bozonları da dahil olmak üzere, yalnızca LHC’de incelenebilecek diğer önemli parçacıkları içeren olayların incelenmesini de kolaylaştırmaktadır.
Kaynak: CERN
