LHCb deneyi üzerinde çalışan fizikçiler, onlarca yıldır aranan, protonun daha ağır ve daha çekici kuzeni olan, bulunması zor ve geçici bir parçacık tespit etti.
CERN’deki LHCb deney mağarası
CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısında, iki tılsım kuarkı içeren daha ağır, proton benzeri bir parçacık olan yeni bir parçacık ortaya çıktı.
Protonlar ve nötronlar, baryon adı verilen bir parçacık sınıfının örnekleridir; bunların her biri, çeşitli sözde tatlarla gelen, kuark adı verilen üç temel atom altı parçacık içerir. Proton durumunda, parçacığı oluşturan iki “yukarı” kuark ve bir “aşağı” kuark vardır.
Ancak çekicilik kuarkları olarak bilinenler gibi daha ağır kuarklar da birleşerek baryonlar oluşturabilirler. Bununla birlikte, bu olağandışı kuark bileşimleri daha ağır ve dolayısıyla daha kararsız olduğundan, genellikle çok kısa ömürlere sahiptirler ve hızla diğer parçacıklara bozunurlar.
2017 yılında CERN’in LHCb deneyinde çalışan fizikçiler, Xi olarak anılan bu egzotik baryonlardan birini gördüler.cc++Bu, iki tılsım kuarkı ve bir yukarı kuarktan oluşuyordu. Bu parçacık saniyenin trilyonda biri kadar yaşadı. Şimdi, LHCb deneyi üzerinde çalışan fizikçiler Xi’nin tılsım dolu kardeş parçacığını tespit etticc++Xi olarak adlandırıldıcc+Yukarı yerine aşağı kuark içeren parçacık, onu protonun daha ağır bir benzeri yapıyor.
Bu parçacığın tahmin edilen ömrü Xi’ninkinden altı kat daha kısaydı.cc++tespit edilmesini çok daha zorlaştırıyor. Ancak LHCb deneyi daha hassas parçacık aramaları gerçekleştirecek şekilde yükseltildikten sonra bulundu. Bulgunun istatistiksel önemi 7 sigma’nın üzerindedir; bu, fizikçilerin, sonucun tesadüfi bir tesadüf olmadığından ne kadar emin olduklarını belirtmek için kullandıkları bir ölçüdür ve bu, bir keşif iddiasında bulunmak için gereken 5 sigma çıtasını kolayca aşar.
“Parçacığı kendi başına keşfetmek sadece ilginç değil – Xicc+ Uzun süredir araştırılıyor ancak bu aynı zamanda LHC’ye yapılan bu yükseltmelerin sahip olduğu gücü de gösteriyor” diyor Birleşik Krallık’taki Manchester Üniversitesi’nden Chris Parkes. “Bir yıllık veri örneğinde, önceki nesilden gelen 10 yıllık verilerle göremediğimiz bir şeyi görebildik.”
Parkes, bu parçacığı tespit etmenin bize, kuarkların birbirine nasıl bağlandığını açıklayan güçlü nükleer kuvvetin, proton ve nötronlarda gördüğümüzden daha ağır kuarkları nasıl birbirine yapıştırdığını öğretebileceğini söylüyor. Ama aynı zamanda 20 yıllık bir gizemi de çözüyor.
2002 yılında Illinois’deki Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda SELEX deneyi üzerinde çalışan fizikçiler, Xi’ye çok benzeyen bir parçacık tespit ettiklerini düşündüler.cc+ancak yalnızca 4,7 sigma güven seviyesinde tahmin edilenden çok daha düşük bir kütleye sahip. “Şimdi onu bulduk ama ortağına benzer bir kütlede (Xicc++) birkaç yıl önce bulduk ve SELEX’in öngördüğü kütlede değil” diyor Parkes. Yeni keşfin gücü, bu parçacığın kütlesi sorusuna kapıyı kapatıyor.
Hollanda’daki Amsterdam Vrije Üniversitesi’nden Juan Rojo, “Bu çok ilginç bir ölçüm ama bundan ne öğreneceğimiz belli değil” diyor. “Kuantum renk dinamiğinde bu hadronun var olmasını engelleyen bir kural yok, ancak şimdi onun var olduğunu ölçtük, pek aydınlatılmış durumda değiliz.”
Rojo bunun bir kısmının, mevcut teorilerimizin baryonların içindeki daha ağır kuarkların ne kadar etkileşime girmesi gerektiğini veya kütlelerinin ne olması gerektiğini iyi tahmin edememesinden kaynaklandığını söylüyor. Rojo, “Veriler şu anda bu tür parçacıklar için teorinin ilerisindedir, ancak bundan beş yıl sonra bu ölçüm, farklı kuark kombinasyonlarının parçacık kütleleri için ne anlama geldiği gibi bazı çok önemli teori sorularına cevap verebilir” diyor.
