Neden ‘güzellik fabrikaları’ iki büyük kozmolojik gizemi çözebilir

B mezonları olarak adlandırılan parçacıklar yapan tesisler belirsiz görünebilir, ancak neden antimadder’dan daha fazla maddenin olduğunu ve karanlık maddenin ne olduğunu açıklamaya yardımcı olabilirler, diyor Chanda Prescod-Weinstein

Fizikte güzellik fabrikalarımızın olduğunu biliyor muydunuz? Bunun sanat veya cazibe ile ilgisi yok. Bunun yerine, elektronların ve onların antimadde meslektaşlarının Positronların B Mesons adı verilen parçacıklar üretmek için birbirine çarpıştığı deneylerden bahsediyorum.

Bunlar kuarklardan, sıradan maddede bulunan atom altı parçacıklardan yapılmıştır. Ancak böyle bir madde neredeyse sadece elektronlar, yukarı kuarklar ve aşağı kuarklardan oluşurken, bir B mezon bir güzellik antika ve yukarı, aşağı, cazibe veya garip kuarktan oluşur.

Bu makyaj B Mesons’a günlük yaşamdan çok uzak olan son derece kısa bir varoluş kazandırır, bu yüzden neden herkesin onları yapmak için B fabrikalarını dediğimiz tüm tesisleri ayıracağını merak edebilirsiniz. Cevap, B Mesons’un evrenin büyük bir gizemini çözmemize yardımcı olabileceğidir: neden antimadder’dan daha fazla madde var.

Her türlü parçacığın bir antipartikülü olduğunu biliyoruz, ancak evrene baktığımızda, çoğunlukla antipartikülleri değil parçacıkları görüyoruz. Böylece evren elektronlarla dolu, ancak pozitronlarla değil – elektronlarla özdeş değil, zıt bir yüke sahip.

Mezonlar ilginçtir çünkü evrende bol olan madde ile antimadde olmazlar. Bu nedenle, madde ve antimadde arasındaki asimetri hakkında daha fazla bilgi edinmek için onları kullanabiliriz. Bunu anlamak, Madde ve Antimadter temasta imha etme eğiliminde olduğu için neden evrendeki bir şey olduğunu açıklayacaktır. B fabrikaları yaratıyoruz çünkü evrenin neden boş olmadığını açıklamamıza yardımcı olabilirler.

Mesonların da kendi antimadde meslektaşlarına sahip olduğunu düşündüğünüzde işler daha da karmaşıklaşır. Her b animimeson bir güzellik kuarkı ve yukarı, aşağı, cazibe veya garip antika parktan yapılmıştır. Garip veya aşağı kuarklarla yapılan B mezonları durumunda (elektrik yükü olmadığı için nötr olarak bilinir), partiküller mesonlar ve antimesonlar arasında salınır. Başka bir deyişle, nötr B mezonları kendiliğinden ikili değildir.

Madde-antimter asimetrisini anlamanın anahtarı olan bu nötr B mezonlardır. İkili olmayan doğaları, standart parçacık fiziği modelinin bir tahmini olmasına rağmen (şimdiye kadar görülen her parçacığı kataloglar), salınımların tam buçuk ve yarı olup olmadığını görebiliriz. Çarpışmalarda ilk yaptığımız parçacıklar Meson veya Animatons olma olasılığı daha yüksek mi? Bu salınımlarda bir asimetri varsa, bu madde-antimter asimetrisini açıklayabilir.

“
B Fabrikalar, emin olduğumuz bir şeyi anlamamıza yardımcı olabilir, ancak laboratuvarda hiç görmedim: Karanlık Madde
“

2010 yılında, Fermilab Dzero işbirliğindeki araştırmacılar yüzde 1’lik bir fark gördüğünü iddia etti, ancak başka hiçbir çalışma bu sonucu doğrulamadı. Özellikle salınımları içermeyen araştırmalar farklılıkları kesin olarak gözlemlediğinden, olasılık ilgi çekicidir.

B fabrikalar, emin olduğumuz bir şeyi anlamamıza yardımcı olabilir, ancak laboratuvarda hiç görmediler: karanlık madde. Bu karanlık maddenin görünür madde üzerindeki yerçekimi etkisini gözlemleyerek tespit edildiğini hatırlayabilirsiniz. Evrenin maddesinin yaklaşık yüzde 85’inin bu görünmez şeyler olduğundan, henüz standart model tarafından açıklanmayan oldukça eminiz.

Karanlık maddeyi açıklamak için bir teoriyi formüle etmek, yeni bir parçacığı veya parçacıkları varsaymak anlamına gelir. Bazıları mevcut parçacıklarla tespit edilmesi zor şekilde etkileşime girebilir. Bu etkileşimlere izin veren mekanizma genellikle arabulucu olarak bilinir. Arabulucuların tespit edilmesi de zor olduğundan, bu umutsuz geliyor. Ancak, doğru koşullar göz önüne alındığında, asla doğrudan bir arabulucu göremeyesek de, elektron-pozitron çiftleri gibi bozuldukları parçacıkları görmeyi umabiliriz. Burası B fabrikalarının yardımcı olabileceği yerdir: elektron-positron çarpışmalarının ürünlerini (madde ve antimadde çarpışması) izole etmek için tasarlanmıştır.

Çarpıştırıcı fiziği dışında biri olarak, bu araştırma hakkında en ilginç şeylerden birini buluyorum, veri üretmeyi bıraktıktan çok sonra deneyleri nasıl canlı tuttuğu. Örneğin, Silikon Vadisi yakınlarındaki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndaki Babar deneyi 2008’de kapatıldı, ancak araştırmacılar hala verilerden geçiyor ve yeni nesil fizikçileri eğitmek de dahil olmak üzere kullanıyorlar.

2022’de, Los Angeles yakınlarındaki Harvey Mudd Koleji’nde Brian Shuve ve bir lisans ekibi neredeyse 20 yaşındaki Babar verilerine karşı yeni bir fikir test etti. Bunu duydum, çünkü diğer şeylerin yanı sıra, aksi adı verilen varsayımsal bir parçacığın görünür madde ve karanlık madde arasındaki arabuluculuk olarak hareket edeceğini öneriyor. Düzenli okuyucular ana araştırmamın karanlık madde olarak akslar olduğunu hatırlayabilir.

Peki bu senaryolardan herhangi biri (benim veya shuve’s) evrenimizin gerçekten nasıl çalıştığını yakalar mı? Sadece meseleyi animatter asimetrisini anlama çabasının bir parçası olarak öğrenebiliriz.

Chanda’nın Haftası