Fizikçiler, Işık Çarpışmaları Tarafından Üretilen Maddenin Şimdiye Kadarki En Güçlü Kanıtını Tespit Ettiler. Teoriye göre, eğer iki fotonu yeterince sert bir şekilde çarparsanız, madde üretebilirsiniz. Buna örnek olarak bir elektron-pozitron çiftidir. Einstein’ın özel görelilik teorisine göre ışığın kütleye dönüşümü diyebiliriz. İlk olarak 1934’te Gregory Breit ve John A. Wheeler tarafından ortaya konan Breit-Wheeler süreci olarak adlandırılıyor ve bunun işe yarayacağına inanmak için çok iyi nedenlerimizin olduğunu da söyleyebiliriz.
Ancak, sadece iki fotonu içeren saf fenomenin doğrudan gözlemlenmesi, esasen fotonların aşırı enerjik (yani gama ışınları) olması gerektiğinden ve henüz bir gama ışını lazeri inşa edecek teknolojiye sahip olmadığımızdan, anlaşılması bu zamana kadar zordu. Şimdi, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki fizikçiler, tesisin Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısını (RHIC) kullanarak bu engeli aşmanın bir yolunu bulduklarını söylüyorlar – bu da Breit-Wheeler sürecinin doğrudan gözlemlenmesiyle sonuçlanıyor.
Brookhaven Laboratuarı’ndan fizikçi Zhangbu Xu, “Breit ve Wheeler, makalelerinde bunu yapmanın neredeyse imkansız olduğunu zaten fark ettiler” dedi. “Lazerler henüz yoktu bile! Ama Breit ve Wheeler bir alternatif önerdiler: Ağır iyonları hızlandırmak. Ve onların alternatifi tam olarak RHIC’de yaptığımız şeydir.”
Hızlandırılmış İyonların Foton Çarpışmalarıyla Ne İlgisi Var?
Bu süreç, çarpıştırıcının adından da anlaşılacağı gibi, hızlanan iyonları – elektronlarından sıyrılmış atom çekirdeklerini içerir. Elektronların negatif yükü ve protonların (çekirdek içindeki) pozitif yükü olduğundan, onu sıyırmak çekirdeği pozitif bir yük ile bırakır. Element ne kadar ağırsa, o kadar fazla protona sahiptir ve ortaya çıkan iyonun pozitif yükü o kadar güçlüdür.
Ekip, 79 proton ve güçlü bir yük içeren altın iyonları kullandı. Altın iyonları çok yüksek hızlara çıkarıldığında çarpıştırıcıdaki dikey elektrik alanı kadar güçlü olabilen dairesel bir manyetik alan oluştururlar. Kesiştikleri yerde, bu eşit alanlar elektromanyetik parçacıklar veya fotonlar üretebiliniyor.
Xu, “Yani, iyonlar ışık hızına yakın hareket ederken, altın çekirdeği çevreleyen ve onunla bir bulut gibi seyahat eden bir grup foton var” dedi.
RHIC’de iyonlar, ışık hızının önemli bir yüzdesi olan göreli hızlara hızlandırılır. Bu deneyde, altın iyonları ışık hızının yüzde 99,995’ine hızlandırıldı.
Şimdi en önemli ayrıntıya geldik. Sihrin gerçekleştiği yer burasıdır: İki iyon birbirine doğru harekete geçtiğinde, iki foton bulutu etkileşime girebilir ve çarpışabilir. Çarpışmaların kendileri tespit edilemez, ancak ortaya çıkan elektron-pozitron çiftleri tespit edilebilir.
Elektron-Pozitron Çiftini Tespit Etmek
Ancak sadece bir elektron-pozitron çiftini tespit etmek de yeterli değildir. Bunun nedeni, elektromanyetik etkileşim tarafından üretilen fotonların sanal fotonlar olmaları, kısa bir süreliğine var olup yok olmaları ve ‘gerçek’ karşılıklarıyla aynı kütleye sahip olmamasıdır.
Gerçek bir Breit-Wheeler süreci olmak için, iki gerçek fotonun çarpışması gerekir – iki sanal foton, bir sanal ve bir gerçek foton değil.
İyonların göreli hızlarında, sanal parçacıklar gerçek fotonlar gibi davranabilir. Neyse ki, fizikçilerin Breit-Wheeler süreci tarafından hangi elektron-pozitron çiftlerinin üretildiğini söyleyebilmelerinin bir yolu var: çarpışma tarafından oluşturulan çiftteki elektron ve pozitron arasındaki açılar.
Her çarpışma türü – sanal-sanal, sanal-gerçek ve gerçek-gerçek – üretilen iki parçacık arasındaki açıya göre tanımlanabilir. Böylece araştırmacılar, deneyleri sırasında üretilen 6.000’den fazla elektron-pozitron çiftinin açılarını tespit etti ve analiz etti. Açıların gerçek fotonlar arasındaki çarpışmalarla tutarlı olduğunu buldular – eylem halindeki Breit-Wheeler süreci.
Brookhaven Laboratuarı’ndan fizikçi Daniel Brandenburg, “Sistemlerin tüm enerjisini, kütle dağılımlarını ve kuantum sayılarını da ölçtük. Gerçek fotonlarla ne olacağına dair teorik hesaplamalarla tutarlılar” dedi. “Sonuçlarımız, Breit ve Wheeler tarafından orijinal olarak tahmin edildiği gibi, ışık çarpışmalarından madde-antimadde çiftlerinin doğrudan, tek adımlı yaratılmasının açık kanıtını sağlıyor.”
Gama ışınlarının enerjisine yaklaşan fotonlarla çarpışana kadar saf, tek foton-foton Breit-Wheeler sürecinin doğrudan ilk tespitine sahip olmayacağımız argümanı çok makul bir şekilde yapılabilir. Bununla birlikte, ekibin çalışması son derece ilgi çekici şeyler – en azından Breit ve Wheeler ile doğru yolda olduğumuzun bir göstergesi ve bu alanı hevesle izlemeye devam edeceğiz” şeklinde açıklama da bulunuyor.
Kaynak: sciencealert.com
10.08.2021
