Bu antimadde hiperçekirdeğinin ilk tespiti, antihyperhelium-4 kanıtını bulan LHC’deki LICE bilim insanları tarafından yapıldı. Ayrıca, LHC’de bulunan en ağır antimadde hiperçekirdeğidir ve Büyük Patlama’dan sonra maddenin oluşumu hakkında önemli bilgiler de sağlıyor.
Hiperçekirdeklerin ve antimadde karşıtlarının üretimi, erken evren hakkında bilgi veren Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki ağır iyon çarpışmalarıyla kolaylaştırılmaktadır.
Quark-Gluon Plazma ve Hiperçekirdeklerin Oluşumu
Kuark-gluon plazması, Büyük Patlama’dan sadece bir milyonuncu saniye sonra var olan ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) ağır iyon çarpışmaları gerçekleştiğinde oluşan çok sıcak ve yoğun bir madde türüdür. Antimadde karşıtları, antinükleus ve antihipernükleus ile birlikte, bu çarpışmalar ayrıca alışılmadık hipernükleus ve atomik çekirdeklerin oluşumu için elverişli koşullar da üretir. Bu parçacıkları inceleyerek, araştırmacılar hadronların kuarklardan ve gluonlardan nasıl oluştuğunu ve Evren’deki mevcut madde-antimadde asimetrisini daha iyi anlayabilirler.
Protonlar, nötronlar ve en az bir tek kuark içeren kararsız parçacıklar olan hiperonlar, hiperçekirdekler olarak bilinen alışılmadık atom çekirdeklerini oluşturur. Kozmik ışınlarda 70 yıldan fazla bir süre önce keşfedilmelerine rağmen, hiperçekirdekler doğada nadir bulunmaları ve laboratuvar ortamlarında oluşturulup analiz edilmelerinin zorluğu nedeniyle fizikçilerin ilgisini çekmeye devam ediyor.
Antihipernükleuslerin Gözlemlenmesindeki Yeni Gelişmeler
Ağır iyon çarpışmalarında büyük miktarda hiperçekirdek üretilmesine rağmen, yalnızca en hafif hiperçekirdek olan hipertriton ve antimadde eşleşmesi olan antihipertriton yakın zamana kadar görülmüştür. Bir proton, bir nötron ve bir lambda tek bir tek kuark içeren bir hiperondur,bir hipertriton oluşturur. Bir antiproton, bir antinötron ve bir antilambda, bir antihypertriton oluşturmak için birleşir.
LHC’deki ALICE işbirliği şimdi iki antiproton, bir antinötron ve bir antilambda’dan oluşan antihiperhelyum-4’ün ilk kanıtını gözlemledi. Bu, Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) STAR işbirliğinin bu yılın başlarında bir antiproton, iki antinötron ve bir antilambda’dan oluşan bağlı bir durum olan antihyperhidrojen-4’ü gözlemlediklerini bildirmesinden kısa bir süre sonra geldi.
LHC’de, sonuç şu ana kadar en ağır antimadde hiperçekirdeğinin ilk göstergesi olup 3.5 standart sapma anlamına gelmektedir.
Antihyperhelium-4 Tespitindeki Gelişmeler
2018 yılında, çarpışan her bir nükleon çifti (protonlar ve nötronlar) için 5.02 teraelektronvolt (TeV) enerjide toplanan kurşun-kurşun çarpışma verileri, ALICE ölçümünün temelini oluşturdu. ALICE ekibi, geleneksel hiperçekirdek arama yöntemlerinden daha iyi performans gösteren bir makine öğrenimi yöntemi kullanarak verileri hiperhidrojen-4, hiperhelyum-4 ve onların antimadde partnerlerinin izleri için inceledi.
- (Anti)hiperhidrojen-4 adayları (anti)helyum-4 çekirdeğine ve bozunduğu yüklü piona bakılarak belirlenirken,
- (anti)hiperhelyum-4 adayları (anti)helyum-3 çekirdeğine, bir (anti)protona ve yüklü bir piona bozunması yoluyla belirlendi.
ALICE ekibi, hem hipernükleuslerin üretim verimlerini hem de kütlelerini değerlendirdi ve 3.5 standart sapma anlamlılığında antihyperhelium-4 ve 4.5 standart sapma anlamlılığında antihyperhydrogen-4 kanıtları buldu.
Hipernükleus Üretim Modellerinin Doğrulanması
Ölçülen kütleler, her iki hiperçekirdek için mevcut dünya ortalama değerleriyle tutarlıdır. Ağır iyon çarpışmalarında hadron ve çekirdek oluşumunu doğru bir şekilde tanımlayan istatistiksel hadronizasyon modeli, ölçülen üretim verimlerini tahminleriyle karşılaştırmak için kullanıldı. Bu karşılaştırma, hem uyarılmış hiperçekirdek durumları hem de temel durumlar modelin tahminlerine dahil edildiğinde, tahminlerin gözlemlerle yakından örtüştüğünü göstermektedir. Bulgular, yaklaşık iki femtometre çapında (1 femtometre 10-15 metreye eşittir) kompakt nesneler olan hiperçekirdeklerin oluşumunun, istatistiksel hadronizasyon modeli tarafından da iyi bir şekilde açıklanabileceğini doğrulamaktadır.
Araştırmacılar, her iki hiperçekirdek için de antiparçacık-parçacık verim oranlarını hesapladılar ve deneysel belirsizlikler içinde birliğe uyduğunu keşfettiler. Bu uyum, Evren’deki madde-antimadde dengesizliğinin mevcut araştırmasına katkıda bulunmakta ve ALICE’in LHC enerjisinde madde ve antimaddenin eşit yaratıldığına dair bulgularıyla uyumludur.
Kaynak: scitechdaily.com/heaviest-antimatter-yet-large-hadron-collider-uncovers-antihyperhelium-4-in-groundbreaking-discovery/
Hazırlayan: Yusuf Havvat Çukurova Üniversitesi Fizik Bölümü
