Eötvös Loránd Üniversitesi’nden (ELTE) fizikçiler, dünyanın en güçlü üç parçacık hızlandırıcısını kullanarak atom çekirdeğini oluşturan maddeleri inceliyorlar. Yaratılışından sonraki saniyenin ilk milyonda birinde evreni kaplayan “ilkel çorbayı” haritalamak ana vurguları olmuştur.
Elde ettikleri veriler, tespit edilen parçacıkların hareketleri ile av arayan deniz yırtıcılarının hareketleri, iklim değişikliği örüntüleri ve borsa oynaklığı arasında ilgi çekici bir benzerlik olduğunu ortaya koydu.
Büyük Patlama’dan hemen sonraki sıcaklıklar o kadar yüksekti ki ne atom çekirdekleri ne de onların yapı taşları olan nükleonlar var olabilirdi. Sonuç olarak, bu ilk durumda, kuarklar ve gluonlar kozmosu dolduran “ilkel çorbayı” oluşturdu.
Kozmos soğuduğunda bu malzeme bir “donma” yaşadı ve bugün bize tanıdık gelen proton ve nötron gibi parçacıklar ortaya çıktı. Parçacık hızlandırıcı deneyleri, iki çekirdek arasındaki çarpışmalar yoluyla küçük kuark madde damlacıkları oluşturarak bu olayı çok daha küçük bir ölçekte yeniden üretir. Bu testleri yürüten araştırmacılar, bu damlacıkların donma olarak bilinen bir süreçle kaçınılmaz olarak geleneksel maddeye dönüşeceğinin farkındadır.
Öte yandan, parçacık hızlandırıcılarındaki çarpışma enerjisinin getirdiği sıcaklık ve basınç değişimleri kuark maddesinin farklı özelliklere sahip olmasına neden olmaktadır. Bu değişim, İsviçre’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ve Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Süper Proton Senkrotronu (SPS) gibi farklı enerjilerde çalışan parçacık hızlandırıcılarında maddeyi “taramak” için ölçümler yapılmasını gerektiriyor.
“Tüm dünyada, örneğin Almanya veya Japonya’da, özellikle bu tür çalışmalar için yeni hızlandırıcılar inşa ediliyor, çünkü bu özellik çok önemli. Eötvös Loránd Üniversitesi (ELTE) Atom Fiziği Bölümü’nde fizik profesörü olan Máté Csanád’a göre, fazlar arasındaki geçiş sırasında faz haritasında kritik bir nokta ortaya çıkabilir ve bu belki de ele alınması gereken en önemli sorudur.
Atom çekirdeği ve kuark maddesindeki etkileşimlerin altında yatan güçlü etkileşim hakkındaki bilgilerimizi genişletmek araştırmanın uzun vadeli hedefidir. Bu alana ilişkin mevcut anlayışımız, Volta, Maxwell ya da Faraday dönemlerinde insanların elektrik hakkında bildikleriyle karşılaştırılabilir.
Temel formüllerin farkında olsalar da ampul, televizyon, telefon, bilgisayar ve internet gibi günlük yaşamı büyük ölçüde değiştiren teknolojilerin yaratılması için çok fazla deneysel ve teorik emek gerekmiştir. Benzer bir şekilde, güçlü etkileşimin incelenmesi ve haritalandırılması, bu konudaki anlayışımız henüz emekleme aşamasında olduğu için çok önemlidir.
Geçtiğimiz birkaç yıl içinde ELTE araştırmacıları yukarıda bahsedilen tüm hızlandırıcılarda deneylere katılarak kuark madde geometrisinin eksiksiz bir resminin geliştirilmesine katkıda bulundular. Bunu femtoskopi prosedürlerini kullanarak başarabildiler. Bu yöntem, üretilen parçacıkların klasik olmayan, kuantum benzeri dalga doğasından kaynaklanan korelasyonlardan yararlanıyor ve sonuçta parçacık yayan kaynağın ortamın femtometre ölçeğindeki yapısını gösteriyor.
Grubun baş araştırmacılarından Márton Nagy’ye göre, femtoskopi daha önce kuark maddesinin normal bir dağılım ya da doğada birçok yerde bulunan Gauss formunu izlediği varsayımı altında yürütülüyordu.
Birçok bilimsel alanda eşit derecede iyi bilinen Lévy süreci, borsa, iklim değişikliği ve hatta deniz avcılarının av arayışındaki süreçlere iyi bir açıklama getirdiği için Macar araştırmacılar için tercih edilen çerçeveydi.
Bu süreçler, zaman zaman son derece önemli değişiklikler yaşamaları bakımından benzersizdir (bir köpekbalığının farklı bir yerde yiyecek araması gibi). Bu durumlarda, düzenli (Gauss) bir dağılım yerine Lévy dağılımı ortaya çıkabilir.
Bu araştırmanın çok önemli olmasının çeşitli nedenleri vardır. Femtoskopik yarıçap ya da diğer adıyla HBT yarıçapı, kuark maddenin donması ve geleneksel (hadronik) maddeye dönüşmesinin en çok çalışılan yönlerinden biridir. Femtoskopik ölçümlerden elde edilir ve astronomideki iyi bilinen Hanbury Brown ve Twiss etkisiyle ilişkilidir. Bununla birlikte, bu ölçek ortamın varsayılan geometrisine bağlıdır.
Grubun doktora sonrası araştırmacısı Dániel Kincses’in belirttiği gibi, “Bu araştırmalardan elde edilen en doğru sonuçlar, Gauss varsayımı ideal değilse, yalnızca Lévy varsayımı altında elde edilebilir. Faz geçişinin doğası, Lévy dağılımını karakterize eden “Lévy üssünün” değeriyle de ortaya çıkabilir.
Dolayısıyla çarpışma enerjisiyle dalgalanması, kuark maddesinin çeşitli aşamaları hakkında önemli bilgiler sunuyor.”
ELTE araştırmacıları devam eden dört deneyde yer almaktadır:
- LHC’de CMS,
- RHIC’de PHENIX ve STAR
- SPS hızlandırıcısında NA61/SHINE.
Gruplar, dedektörlerin geliştirilmesinden verilerin toplanmasına ve analiz edilmesine kadar çeşitli şekillerde testlerin başarısına önemli katkılarda bulunuyor. Ayrıca çok sayıda girişim ve teorik araştırma üzerinde çalışıyorlar. Máté Csanád, üç parçacık hızlandırıcıda gerçekleştirdiğimiz dört deney sayesinde kuark maddesinin geometrisi ve potansiyel fazları hakkında kapsamlı bir anlayışa sahibiz, bu da femtoskopi araştırmamızı benzersiz kılıyor, diyor.
Grubun en son araştırması, 6-10 Kasım 2023 tarihleri arasında düzenlenen Parçacık Korelasyonları ve Femtoskopi Çalıştayı’nda sergilendi. Ayrıca, büyük ölçekli işbirliklerinin bir parçası olarak The European Physical Journal C, Physics Letters B ve Universe’de ilgili çalışmaları yayınladılar.
Kaynak: phys.org/news/2023-11-world-powerful-particle-reveal-space-time.html
