CERN bilim insanları, evrenin neden antimadde değil de madde ile oluştuğunu daha iyi anlamamıza yardımcı olan önemli bir keşif yaptılar.
Araştırmacılar, LHC‘den elde edilen büyük miktarda veriyi inceleyerek, güzellik-lambda baryonu olarak bilinen bir parçacığın ve antimadde eşdeğerinin davranışında küçük ama önemli bir tutarsızlık keşfettiler. Bu, proton ve nötron içeren parçacıklar olan baryonlarda CP ihlalinin ilk onaylanmış örneği olduğu için, çözülmemiş fizik bilmecelerinden birine dair yeni bilgiler sağlıyor. Bulgular, Standart Model tarafından henüz açıklanmayan kuvvetler veya parçacıkların olasılığını artırıyor.
Madde-Antimadde Çalışmasında Yeni Bir Gelişme
CERN’ün LHCb iş birliğinden bilim insanları, bu ayın başlarında Rencontres de Moriond konferansında, madde ve antimadde arasındaki küçük ama önemli farkları anlama konusundaki önemli bir ilerlemeyi açıkladılar.
Uluslararası ekip, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndan (LHC) elde edilen devasa veri setlerini inceleyerek baryonların atom çekirdeklerini oluşturan protonlar ve nötronlar gibi parçacıkların doğanın yasalarında bir tür ayna kırıcı davranış sergilediğine dair ikna edici kanıtlar buldu. Bu CP ihlali olarak adlandırılan asimetri nedeniyle, madde ve antimadde farklı davranır. Bu bulgu, maddenin erken evrende antimaddeye galip gelmiş gibi görünmesinin ve maddeyi oluşturan parçacıkların desenlerinin parçacık fiziği Standart Modeli’nde görülenlerle tutarlı olmasının nedenlerine dair yeni bir bakış açısı sunuyor.
Büyük Patlama, fiziğe göre eşit miktarda madde ve antimadde yaratmış olmalı. Ancak, madde bugün gördüğümüz her şeyi oluşturdu, antimadde ise neredeyse tamamen yok oldu. Bu dengesizlik, maddenin ve antimaddenin davranışındaki küçük bir değişim olan CP ihlaline işaret eder. Fizikteki en temel sorunlardan biri, bu asimetrinin nasıl ve neden geliştiğini anlamakla yanıtlanabilir: evrenin neden boş bir alan yerine nesnelerle dolu olduğu.
CP İhlali Araştırmalarının Gelişimi: Mezondan Baryona
1960’larda mezonlarda bir kuark ve bir antikuarktan oluşan parçacıklar ilk keşfinden bu yana, CP ihlali hem çarpıştırıcı hem de sabit hedef çalışmalarında kapsamlı araştırmaların konusu olmuştur. Fizikçiler uzun zamandır üç kuarktan oluşan baryonların da CP ihlali göstereceğini şüpheleniyorlardı. Ancak, bugüne kadar bu tür parçacıkların varlığı sadece geçiştirilmişti.
LHCb sözcüsü Vincenzo Vagnoni’ye göre, “etkinin büyüklüğü ve mevcut veriler, baryonlarda CP ihlalini gözlemlemenin neden mezonlardan daha uzun sürdüğünün sebebidir.” Güzellik baryonlarının ve antimadde karşıtlarının bozunma ürünlerini tanımlayabilen bir LHC deneyine ve bu parçacıklardan yeterli miktarda üretebilen bir makineye ihtiyaç duyduk. İlk kez, 80.000’den fazla baryon çürümesinden sonra bu sınıf parçacıklarla madde-antimadde asimetrisini gözlemledik.
Simetri, CP İhlaliyle Nasıl Bozuldu?
Parçacıkların zıt yükleri olduğu ve antimadde karşıtlarıyla aynı kütleye sahip oldukları iyi bilinmektedir. Ancak, CP ihlali, parçacıklar diğer parçacıklara dönüşür veya bozulduğunda, örneğin bir atom çekirdeği radyoaktif bozunmaya uğradığında, bu ayna benzeri simetride bir kırılmaya neden olur. Son derece gelişmiş dedektörler ve veri analiz yöntemleri kullanarak, fizikçiler parçacıkların ve antimadde karşıtlarının daha hafif parçacıklara ayrışma hızlarını karşılaştırarak bu etkiyi kaydedebilirler.
Protonlar ve nötronların daha ağır, kısa ömürlü bir akrabası olan güzellik-lambda baryonu Λb, bir yukarı kuark, bir aşağı kuark ve bir güzellik kuarkından oluşur ve LHCb işbirliği tarafından CP ihlali sergilediği bulunmuştur. Λb parçacığının bir proton, bir kaon ve zıt yüklü bir çift piona ve antimadde karşıtı olan anti-Λb’nin karşılık gelen çürümesine kanıt bulmak için, öncelikle LHCb dedektörü tarafından LHC’nin birinci ve ikinci çalışmaları sırasında (sırasıyla 2009–2013 ve 2015–2018) toplanan verileri taradılar. Her birinin gözlemlenen bozunmaları daha sonra sayıldı ve ikisi arasındaki fark hesaplandı.
Asimetrinin Ölçülmesi: Sıfırdan Belirgin Bir Sapma
Araştırma, yaklaşık %0.47’lik bir belirsizlikle, Λb ve anti-Λb bozunumlarının sayıları arasındaki farkın, ikisinin toplamına bölündüğünde, sıfırdan %2.45 sapma gösterdiğini ortaya koydu. İstatistiklere göre, sonuç sıfırdan 5.2 standart sapma kadar sapmakta olup, bu baryon bozunmasında CP ihlalinin görüldüğünü iddia etmek için gerekenin üzerindedir.
Baryonlar arasındaki CP ihlali uzun zamandır beklenmesine rağmen, Standart Model’in karmaşık tahminleri nedeniyle teori ile LHCb deneyinin ayrıntılı bir karşılaştırması artık mümkün değildir.
Tuhaf bir şekilde, evrende görülen madde-antimadde asimetrisi, Standart Model tarafından öngörülen CP ihlalinin miktarıyla açıklanamaz; bu miktar, çok azdır. Bu, Standart Model tarafından öngörülenlerin yanı sıra CP ihlalinin ek nedenleri olduğu anlamına gelir; bu, LHC fizik programının ana bileşenidir ve potansiyel halef çarpıştırıcılarında araştırılacaktır.
Standart Modelin Ötesine Geçerek Yeni Fizik
Vagnoni, “Standart Model’i test etme ve onun ötesindeki fiziği arama fırsatlarımız, gözlemlediğimiz CP ihlallerinin bulunduğu sistemlerin sayısı ve ölçümlerin doğruluğu arttıkça artıyor,” diyor. “CP ihlalinin doğasına dair daha ileri teorik ve deneysel çalışmalar, baryon bozunmasında CP ihlalinin ilk kez gözlemlenmesiyle mümkün hale geliyor; bu da Standart Model dışındaki fizik için yeni kısıtlamalar sağlayabilir.”
LHC İçin Önemli Bir Gelişme
“LHCb iş birliğini bu olağanüstü sonuç için tebrik ediyorum.” CERN Araştırma ve Hesaplama Direktörü Joachim Mnich’e göre, “bu, LHC’nin ve deneylerinin bilimsel potansiyelini bir kez daha vurguluyor ve Evren’deki madde-antimadde asimetrisini keşfetmek için yeni bir araç sunuyor.”
Kaynak:scitechdaily.com/the-particle-that-might-explain-why-anything-exists-at-all/
Haberi Derleyen: Yusuf Havvat Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü