Evren sandığımız kadar istikrarlı mı? Bu, dünya çapındaki parçacık fizikçilerinin Büyük Hadron Çarpıştırıcısı veya LHC (dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı) ile, yükseltmesi yaklaşık dört yıl içinde tamamlandığında yanıtlamaya hazırlandıkları büyük sorulardan biri. Bu arada, Michigan Üniversitesi’ndeki bir grup da dahil olmak üzere araştırmacılar, LHC’nin mevcut ve gelecekteki verilerinden en iyi şekilde yararlanmak için analitik araçlarını ve tekniklerini geliştirmeye çalışıyorlar.
UM fizikçilerinin de aralarında bulunduğu bir ekip, LHC’nin verileri içindeki evrenimizle ilgili temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilecek belirli bir etkileşimi tespit etme konusunda rekor kıran bir hassasiyet bildirdi. Özellikle analiz, araştırmacıların atom altı parçacıkların nasıl kütleye sahip olduğunu açıklamaya yardımcı olan ünlü temel parçacık olan Higgs bozonunun kendisiyle nasıl etkileşime girdiğini anlamak için aradıkları imzaları tespit etmek için gelişmiş bir yapay zeka algoritması kullanıyor.
UM Fizik Bölümü’nde araştırma görevlisi olan Greg Myers, “Bu analiz, bu spesifik fiziğe dünyadaki en duyarlı analizdir” dedi.
Myers ve UM doktora öğrencisi Tamas Baer, eski doktora sonrası araştırmacı Kevin Nelson ve yeni doktora mezunu Dustyn Hofer’ın katkılarıyla yeni yöntemin geliştirilmesinde kilit rol oynadılar. UM ekibi, on yıldır bu özel analiz üzerinde çalışan fizik profesörü Tom Schwarz tarafından yönetiliyordu. UM, 2010 yılında Bing Zhou ve Jianming Qian’dan başlayarak LHC’deki bu araştırma dalıyla da derinden ilgilendi.
Schwarz, yeni analizin önceki sonuçlara göre yaklaşık 60 kat daha hassas olduğunu ve bir önceki analizle karşılaştırıldığında yaklaşık %65’lik bir iyileşme sağladığını söyledi.
Bu çalışma Ağustos ayında Brezilya’nın Natal kentinde düzenlenen Uluslararası Yüksek Enerji Fiziği Konferansı’nda sunuldu ve yakın zamanda arXiv ön baskı sunucusu.
Büyük sorular ve atom altı parçacıklar
LHC 2008’de ateşlendiğinde, o zamanın en büyük sorusu, yeni hızlandırıcının bulunması zor Higgs bozonunu bulup bulamayacağıydı. Teorisyenler, evrenin temel parçacıkları ve kuvvetlerinin en iyi ve en kapsamlı açıklaması olan Parçacık Fiziğinin Standart Modelini geliştirirken, parçacığın var olduğu onlarca yıl önce tahmin edilmişti.
Ancak deneyler, Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü CERN tarafından işletilen LHC’den önce Higgs bozonunun varlığına dair doğrudan fiziksel kanıt sağlayamadı. 2012 yılında, biri ATLAS ve diğeri CMS olarak adlandırılan iki bağımsız LHC deneyi bu kanıtı sağladı. Bir yıl sonra, parçacığı tahmin eden teorinin arkasındaki iki Avrupalı bilim adamı, François Englert ve parçacığın adaşı olan Peter Higgs, Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı.
Keşifle birlikte fizikçiler Higgs’in nasıl çalıştığına dair sorular sorup yanıtlamaya başlayabilirler. Ancak bu sorulardan biri (kendisiyle nasıl etkileşime girdiği) Standart Model içinde önemli bir gizem olarak kalan kritik bir süreçtir.
Schwarz, “Bu, masada kalan büyük bir şey” dedi. “Bunu anlamak bize sadece atomaltı dünyanın nasıl çalıştığı hakkında değil, aynı zamanda evrenin nasıl çalıştığı hakkında da çok şey anlatacak.”
LHC yükseltmesi, deneylerin bu soruyu araştırmasına yardımcı olacak. Fizikçilerin bulduklarına bağlı olarak bu, Standart Modelin ötesinde keşfedilmemiş bir fiziğe işaret edebilir, hatta evrenin şu anda düşündüğümüzden daha fazla veya daha az kararlı olduğunu öne sürebilir.
Ancak yükseltme ilerledikçe Baer, Myers, Schwarz ve ATLAS deneyindeki meslektaşları, modern hesaplama teknikleriyle verileri analiz etme yöntemlerini de geliştiriyorlar. Bu sadece gelecekteki verilere hazırlanmaya yardımcı olmakla kalmıyor, aynı zamanda LHC’nin halihazırda toplamış olduğu verilerden mümkün olduğunca fazla bilgi elde etmelerine de olanak tanıyor.
UM’de ATLAS deneyinin tüm yönleri üzerinde çalışan, aralarında Schwarz, Qian ve Zhou’nun yanı sıra Junjie Zhu ve Christian Herwig’in de bulunduğu geniş bir bilim insanı ekibi bulunuyor.
Trilyonlarca çarpışma
Ekibin aradığı işaretler, LHC’nin iki proton ışınını (atom altı parçacıkların kendisi) göndermesinin ardından neredeyse ışık hızıyla birbirine çarpmasının ardından bulundu.
Ortaya çıkan şey, yeni parçacıklardan oluşan bir sağanak üreten bir kuantum karmaşasıdır. Bu yeni parçacıkların çoğu, Higgs bozonu gibi kararsız; yani doğrudan gözlemlenmeden önce bozunuyor veya başka parçacıklara dönüşüyorlar. Ancak ortaya çıkan parçacıkların bazıları (elektronlar, onların daha ağır kuzenleri olan müonlar ve fotonlar olarak bilinen kütlesiz ışık parçacıkları da dahil) ATLAS deneyinde bir sinyal üretiyor.
Hangi parçacıkların tespit edildiğini bilmek, enerji ve yörünge gibi özellikleriyle birlikte araştırmacıların daha önce olanları yeniden yapılandırmak ve incelemek için geriye doğru çalışmasına olanak tanır. Bazen tek bir proton-proton çarpışması iki Higgs bozonu üretmelidir; bu da bilim adamlarının parçacığın kendi kendine etkileşimini araştırma fırsatı bulmak için arayabilecekleri bir sinyal üretecektir.
Myers, “Şu anda ona erişmenin tek yolu bu” dedi.
Sorun şu ki, bu belirli çift Higgs olaylarının son derece nadir olması.
Baer, ”Belki de her trilyon çarpışmada bir gerçekleşir” dedi. “Eğer bir şey bu kadar nadirse, onu bulmanın en iyi yolu onu trilyonlarca kez aramaktır, sonra o bir kez orada olacaktır.”
Ekibin projesi, LHC’nin 2015’ten 2018’e kadar süren tüm Run 2’sinden ve 2022’den Haziran’a kadar süren Run 3’ün ilk iki yılından gelen verileri içeriyordu. O zamanlar deney gece gündüz sürüyordu ve saniyede yaklaşık 30 milyon çarpışma yaratıyordu. Baer ve Myers, elde edilen veriler okyanusunda yapay zekanın yardımıyla potansiyel çift Higgs olaylarını tespit eden yeni bir yaklaşımın geliştirilmesinde etkili oldu.
Baer, ”Üzerinde çalıştığımız şey, ilgilenmediğimiz trilyonlarca diğer arka plan olayı arasından aradığımız olayları elimizden geldiğince seçmek için bir tür makine öğrenimi yapay zeka algoritması olan bir grafik sinir ağı oluşturmaktı” dedi.
Ekibin çalışması, bu olayları tespit etmek için hassasiyet çıtasını yükseltmenin ötesinde, çift Higgs üretim oranının Standart Model’in öngördüğünün iki katından fazla olabileceğini de ortaya çıkardı. Bu rakam heyecan verici görünse de Schwarz, çalışma devam ettikçe sıradan olduğu ortaya çıkacak nedenlerle kolayca açıklanabilecek kadar belirsizlik bulunduğunu vurguladı.
Yani şimdilik evrenin düşündüğümüzden daha kararsız olduğunu gösteren yeni bir kanıt yok. Öte yandan araştırma bu olasılığa da kapıyı kapatmıyor.
Robert Egan
Matematiksel biyoloji alanında lisans, yaratıcı yazarlıkta yüksek lisans. Bilim ve dil üzerine eşsiz bakış açılarıyla çok seyahat ettim.
Tam profil →
