Relativistic Heavy Ion Collider’daki bilim insanları, ilk kez doğrudan boş uzaydan doğan parçacıklar gözlemledi. Bu bulgu, kuantum renk dinamiğinin (QCD) uzun süredir beklenen bir öngörüsünü doğruluyor.
New York’taki Brookhaven National Laboratory bünyesindeki STAR iş birliği tarafından bildirilen keşif, laboratuvarın Solenoidal Tracker dedektöründeki yüksek enerjili proton çarpışmalarını içeriyor. Araştırmacılar, çarpışan protonlardan ziyade bizzat vakumun kendisinden oluşan nadir kuark-antikuark çiftleri saptadı.
Elde edilen sonuç, maddenin klasik fiziğin “boşluk” olarak tanımladığı bir ortamdan ortaya çıkabileceğine dair şimdiye kadarki en güçlü kanıtı sunuyor. Bu durum, parçacıkların nasıl kütle kazandığı gibi fiziğin en büyük gizemlerinden birine yanıt verilmesine yardımcı olabilir.
Vakum İzlerinin Ölçülmesi
Proton ve nötronların içindeki kuarkları bir arada tutan güçlü etkileşimi açıklayan kuantum renk dinamiğine göre, kusursuz bir vakum aslında tamamen boş değildir. Vakum, kısa ömürlü kuark-antikuark çiftleri dahil olmak üzere sanal parçacıklar olarak bilinen sürekli dalgalanmalar barındırır.
Normal koşullarda bu çiftler neredeyse anında belirip kaybolur ancak yeterli enerji sağlandığında, teoriye göre ölçülebilir kütleye sahip gerçek parçacıklara dönüşebiliyorlar.
STAR deneyinde proton çarpışmaları bir parçacık zinciri oluşturdu. Serbest kuarklar tek başlarına var olamadıkları için vakumdan üretilen kuarklar, anında hiperon adı verilen bileşik parçacıklara dönüştü.
STAR ekibi, en önemli kanıtı parçacıkların spin adı verilen kuantum özelliğinde buldu. Vakumdan doğan kuarklar ve antikuarklar, oluşum anında kazandıkları ortak bir dizilime, yani birbirleriyle ilişkili spinlere sahip oluyor. Bu korelasyon, kuarklar hiperonları oluştururken de korundu, hatta hiperonların saniyenin on milyarda birinden daha kısa sürede bozunmasından sonra bile varlığını sürdürdü.
Spinleri hizalanmış bu hiperonların saptanması, ekibin kuarkların kökenini çarpışma kalıntılarından değil, vakumdan takip etmesini sağladı. STAR iş birliği üyesi Zhoudunming You, New Scientist’e verdiği röportajda süreci şu sözlerle açıkladı: “Bu süreci bütünüyle ilk kez görüyoruz.”
Parçacık Kütlesinin Kökenine Işık Tutmak
Sonuç, fiziğin temel bulmacalarından biri olan parçacık kütlesinin kökeni üzerinde önemli bir etkiye sahip.
Kuantum renk dinamiği, kuarkların kütlelerinin büyük kısmını vakumla girdikleri etkileşimler yoluyla kazandığını öngörüyor fakat bunun arkasındaki kesin mekanizma henüz tam olarak anlaşılamadı. Yeni gözlem, bu vakum etkileşimleri üzerinde doğrudan deneysel bir kontrol imkanı sağlıyor.
Araştırmacıların gözlemlenen sinyale neden olabilecek diğer faktörleri elemesi gerektiği için sonuçların henüz kesinleşmediğini belirtmekte fayda var. Gelecekte Relativistic Heavy Ion Collider’daki yeni çalışmalar ve diğer tesislerdeki tamamlayıcı deneyler, bu bulguları rafine etmeyi amaçlıyor.
Yine de söz konusu araştırma, vakum özelliklerini ve kuantum renk dinamiği tarafından öngörülen kütle oluşum sürecini incelemek için yeni bir deneysel yol açıyor. STAR iş birliğinin çalışması, vakum kaynaklı maddenin ilk doğrudan gözlemi olarak kayda geçiyor ve enerjinin sınırlarında teorinin daha ileri testleri için zemin hazırlıyor.
Kaynak: https://interestingengineering.com/science/scientists-observe-particles-emerging-from-nothing
