CERN’in Kompakt Müon Solenoidi (CMS) işbirliği ile fotonlar çarpıştığında oluşan maddeyi incelemenin yeni bir yolu geliştirildi. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) üzerinde yaptıkları deney, ağır iyonlar arasındaki yüksek enerjili çarpışmaların doğasını çevreleyen gizeme yeni bir ışık tutuyor. Takımın sonuçları parçacık fiziğinin Standart Modelinin beklentileriyle tutarlı olsa da, daha fazla gözlemin geleneksel fizik anlayışımıza meydan okuyabilecek gözlemlere yol açabileceğini umuyorlar.
Yüksek enerjili bir foton maddeyle çarpıştığında, genellikle bir elektron-pozitron çiftine dönüşür.
Kütlesiz fotonun enerjisinin çiftin kütlelerine dönüştürülmesini içeren bir süreç.
Benzer bir dönüşüm, LHC gibi tesislerde ağır iyonlar yüksek enerjilerde parçalandığında meydana gelir.
Bu iyonlar foton bulutlarıyla çevrilidir ve bu fotonlar birbirleriyle çarpıştıklarında çift parçacık da üretebilirler.
Geçtiğimiz birkaç yıldır Rice Üniversitesi’nden Shuai Yang ve STAR işbirliğindeki meslektaşları, ABD’deki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) kullanarak bu enerjiden kütleye dönüşümleri inceliyorlar.
Kuark-Gluon Plazma Oluşumu
RHIC’nin birincil amacı iyonları parçalayarak bir “kuark-gluon plazması” (QGP) oluşturmaktır.
Nükleonlar için de normalde sıkı bir şekilde bağlı olan kuark ve gluonlar vardır. Bu yapıyı son derece sıcak bir yapı olan “kuark-gluon plazması” (QGP) haline getirmek nihai hedeftir.
Yang ve meslektaşlarını şaşırtacak şekilde, foton-foton çarpışmaları tarafından üretilen parçacıkların QGP’nin özelliklerini etkilediği ortaya çıktı.
Bu beklenmiyordu çünkü foton-foton çarpışma süreci ve üretilen parçacıklar, QGP’ye aracılık eden güçlü kuvvetten çok daha zayıf olan elektromanyetik kuvvet tarafından yönetilmektedir.
Bu etkiyi daha ayrıntılı araştırmak için, CMS işbirliği ile LHC’de “ultraperiferik” ağır iyon çarpışmalarını incelendi.
Bu çarpışmalar, iyonların birbirlerini çok az etkiledikleri zaman ancak foton bulutlarının çarpışmasına yetecek kadar yakın olduklarında meydana gelir. Çarpışmalarına ramak kala iyonların daha yüksek enerji durumlarına uyarılmaları ve ardından nötronlar yayarak bozunmaları da o kadar olasıdır.
Bu nötronları tespit etmek, ekibe iyon ayırma mesafelerinin doğru bir ölçüsünü sağlar. Hesaplamalar, kuark-gluon plazmasının su gibi aktığını gösteriyor. Ortaya çıkan foton-foton çarpışmalarında, müon-antimuon çiftleri üretilir ve parçacıklar tipik olarak zıt yönlerde hareket eder.
İyon ayırma mesafeleri küçüldükçe, CMS ekibi parçacıkların açısal dağılımının çarpışmadan önce fotonlar arasındaki kuantum girişiminden etkilendiğini buldu.
Bu parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından tahmin edilen bir şey. Yang’a göre, bu girişim daha küçük ayırma mesafelerinde artar, çünkü yakınlık foton bulutlarının ev sahibi iyonlarından iyon ışınlarına dik yönlerde uzaklaşmasına neden olacaktır.
Araştırmacılara göre, bu etki, ilk olarak STAR işbirliğiyle ölçülen QGP anomalileri kütlesinin çoğunu açıklayabilir.
Bununla birlikte, Yang ve CMS meslektaşları, bu foton çarpışmalarının gelecekteki gözlemlerinin, anomalilerin, çığır açan bir gözlem olacak olan Standart Model’in ötesinde yeni fizikle ilgili olduğunu ortaya çıkarabileceğine inanıyor.
Kaynak: physicsworld.com (01.10.2021)
