Yeni bir araştırma, bir protonun ders kitabı açıklamalarında listelenen iki yukarı ve bir aşağı kuarkın yanı sıra bir tılsım kuarkı da içerdiğine dair güçlü kanıtlar keşfetti.
Her atomun temel bir bileşeni olan protonun, ders kitaplarında tipik olarak açıklanandan daha karmaşık bir yapıya sahip olduğu görülüyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi hassas bir parçacık fiziği deneyi, keşiften (LHC) etkilenebilir.
Bir zamanlar protonların yok edilemez olduğuna inanılıyordu, ancak 1960’larda parçacık hızlandırıcılarla yapılan deneyler, bunların gerçekten kuark adı verilen üç küçük parçacıktan oluştuğunu gösterdi. Proton, altı farklı kuark türü veya çeşidinden iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark içerir.
Bununla birlikte, kuantum mekaniğinde bir parçacığın yapısı olasılıklarla belirlendiğinden, protonun içinde madde-antimadde çiftleri olarak daha fazla kuarkın ortaya çıkması teorik olarak mümkündür. CERN’deki European Muon Collaboration’da 1980 yılında yapılan bir deneye göre proton, bir tılsım kuarkı ve onun antimadde karşılığı olan bir anti-tılsım içerebilir, ancak sonuçlar belirsizdi ve yoğun tartışmalara konu oldu.
Protonun tılsım unsurunu saptamak için daha fazla girişimde bulunuldu, ancak çeşitli ekipler çelişkili bulgular buldu ve bir protonun içsel bileşenlerini, her tür kuarkın sürekli olarak üretildiği ve yok edildiği yüksek enerjili parçacık hızlandırıcı ortamından ayırmakta sorun yaşadı.
Şimdi, Hollanda’daki Amsterdam Vrije Üniversitesi’nden Juan Rojo ve meslektaşları, tılsım kuarkının protonun momentumunun sadece küçük bir kısmına, yaklaşık %0.5’ine katkıda bulunduğuna dair kanıt keşfettiler. Onlarca yıllık araştırmaya rağmen, Rojo “protonun yeni özelliklerini ve özellikle de yeni bileşenlerini sürekli olarak ortaya çıkarmamızı” şaşırtıcı buluyor.
Rojo ve ekibi, tılsım bileşenini tanımlamak için tüm kuark tatlarından oluşan varsayımsal proton yapıları oluşturmak için bir makine öğrenme modeli kullandı.
Daha sonra bu yapıları, LHC’dekiler de dahil olmak üzere onlarca yıllık parçacık hızlandırıcı deneylerinden elde edilen 500.000’den fazla gerçek çarpışma ile karşılaştırdılar.
Washington Üniversitesi’nden Christine Aidala’ya göre, makine öğreniminin bu uygulaması çok önemliydi çünkü fizikçilerin kendi başlarına düşünemeyecekleri modeller üreterek çarpık ölçüm olasılığını azaltıyor.
Araştırmacılar, protonun tılsım-anti-tılsım kuark çiftine sahip olmaması durumunda, baktıkları sonuçları görme olasılıklarının yalnızca %0.3 olduğunu keşfettiler. Bu, fizikçilerin tipik olarak merak uyandıran bir şeyin olası bir göstergesi olarak yorumlanan “3-sigma” sonucu olarak adlandırdıkları şeydir. Sonuçları bir keşif için geleneksel kritere yükseltmek için – 5 sigma düzeyi veya kabaca 3,5 milyonda 1 şanssızlık sonucu şansı – daha fazla çalışma gereklidir.
Araştırmacılar, LHCb Z-boson deneyinden elde edilen son bulguları göz önünde bulundurarak, hem çekici kuarklı hem de çekici kuarksız proton momentumunun istatistiksel dağılımını modellediler. Protonun bir tılsım kuark içerdiği düşünülürse, modelin sonuçlarla daha yakından eşleştiğini keşfettiler.
Bu onların bir tılsım kuarkının varlığına ilişkin önermelerinde tek başına sigma seviyesinin gösterdiğinden daha fazla güvene sahip olduklarını gösterir. Rojo’ya göre, diğer araştırmaların da aynı sonuca varması, “bizi özellikle sonuçlarımızın güvenilir olduğuna ikna etti.”
Cambridge Üniversitesi’nden Harry Cliffe’ye göre bu çok önemli. “Bu parçacığın ne kadar yaygın olduğu ve onun hakkında ne kadar süredir bildiğimiz düşünüldüğünde, alt yapısı hakkında gerçekten anlamadığımız çok şey var” diye ekliyor.
Cliffe’ye göre, LHC’de proton altyapısının kesin modellerine dayanan ek fizik araştırmaları, protonun cazibe bileşeninden etkilenebilir.
Rojo’ya göre, bu yeni yapının, kozmik ışınlar Dünya atmosferindeki parçacıklara çarptığında oluşan nadir nötrinoları araştıran Antarktika’daki IceCube Nötrino Gözlemevi tarafından da dikkate alınması gerekebilir. Ona göre, protonun çekicilik seviyesinin, kozmik bir ışının atmosferdeki bir çekirdeğe çarpması ve nötrinolar üretmesi olasılığı üzerinde önemli bir etkisi vardır.
Kaynak: newscientist
