Alışılmadık, kısa ömürlü bir parçacığın kökeninin izini süren araştırmacılar, kütlenin boşluktaki dalgalanmalardan ortaya çıkabileceğine dair en güçlü kanıtlardan bazılarını topladı
STAR olarak bilinen RHIC’deki Solenoidal İzleyicideki STAR dedektörü içindeki parçacık çarpışmaları
Yüksek enerjili proton çarpışmalarında üretilen bir çift nadir parçacık, kütlenin boş uzaydan ortaya çıkabileceğinin en açık kanıtı olabilir. Bulgu, fizikteki en büyük bulmacalardan birine ışık tutabilir: Parçacıklar kütlelerini nasıl kazanıyor?
Kuantum renk dinamiğine (QCD) göre (proton ve nötronların içindeki kuarkları bağlayan güçlü kuvveti tanımlamak için en iyi teorimiz olarak kabul edilir), mükemmel bir boşluk bile gerçekten boş değildir. Bunun yerine, sanal parçacıklar olarak bilinen, uzayın temel enerjisinde titreşen ve titreşen kısa süreli rahatsızlıklarla doludur. Bunların arasında kuark-antikuark çiftleri de var.
Normal koşullar altında, bu geçici çiftler neredeyse ortaya çıktıkları anda ortadan kaybolurlar. Ancak bir boşluğa yeterli enerji enjekte edilirse, QCD bunların ölçülebilir kütleye sahip gerçek, tespit edilebilir parçacıklara dönüştürülebileceğini öngörüyor.
Şimdi, New York eyaletindeki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısında çalışan fizikçilerden oluşan uluslararası bir ekip olan STAR işbirliği, bu süreci ilk kez gözlemledi.
Ekip, yüksek enerjili protonları vakumda bir araya getirerek parçacık spreyi oluşturdu. Bu parçacıkların bazıları doğrudan vakumdan çekilen kuark-antikuark çiftleri olmalıdır, ancak kuarklar asla tek başına var olamaz ve hemen bileşik parçacıklar halinde birleşemezler.
Ekibin şansına bu özel parçacıklar kökenlerine dair bir ipucu taşıyor. Kuarklar ve antikuarklar, spinleri birbiriyle ilişkili olarak doğarlar; bu, boşluktan miras alınan ortak bir kuantum hizalamasıdır.
Araştırmacılar, kuarklar ve antikuarkların, saniyenin milyarda birinin onda birinden daha kısa bir sürede bozunan hiperon adı verilen daha büyük parçacıkların parçası haline geldikten sonra bile bu bağlantının devam ettiğini buldu. Proton çarpışmalarının ardından bu spin hizalı hiperonların tespit edilmesi, araştırmacıların içlerindeki kuarkların boşluktan geldiğini doğrulamasını sağladı.
STAR işbirliğinin bir üyesi olan Zhoudunming Tu, “Tüm süreci ilk kez görüyoruz” diyor.
Çalışmaya dahil olmayan Hollanda’daki Groningen Üniversitesi’nden Daniel Boer, “Bu ölçümü gördüğüme çok sevindim” diyor. Kuarklarla ilgili hâlâ birçok gizemin bulunduğunu, örneğin neden tek başına var olamayacaklarını söylüyor. “Bu deneyi özellikle ilginç kılan da bu.”
Tu, çalışmanın vakumun özelliklerini doğrudan incelemenin yeni bir yolunu açtığını ve bilim adamlarının parçacıkların nasıl kütle kazandığını incelemelerine olanak sağlayacağını düşünüyor. QCD teorisi, kuarkların boşluğun kendisi ile etkileşime girerek ağırlıklarının daha fazlasını kazandıklarını öngörüyor, ancak bunu nasıl yaptıkları belirsiz.
İtalya’daki Pavia Üniversitesi’nden Alessandro Bacchetta, parçacık çarpışmalarından kaynaklanan olayları yeniden yapılandırmanın karmaşık olabileceğinden sonucun henüz kesin olmadığını söylüyor. Araştırmacıların öncelikle aynı sinyale yol açabilecek diğer olasılıkları kapsamlı bir şekilde dışlaması gerektiğini söylüyor.
