CERN’de iki nadir parçacık bozunması tespit edildi

Mike Mcrae

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde (CERN) birkaç yıldır bir araştırma üzerinde çalışan fizikçiler, bazı tuhaf parçacıkları yakalamak umuduyla, on milyarlarca partikülün dağılışının kaydedildiği ve dönüm noktası niteliğinde olan bir deney yürütüyorlar. Ve sonunda, ellerine paylaşmaya değer bazı ilginç sonuçlar geçti.

Araştırmacılar, 'NA62’ adı verilen bu deneyde, 'kaon’ denilen 'kuark’ çiftleri oluşturup yok ederek, parçacık fiziğinin Standart Model’iyle ilişkili kimi öngörüleri doğrulayabilecek nitelikteki 10 milyarda bir rastlanan bir olayın örneklerini arıyorlar. Geçtiğimiz yıl bir örnek bulmuşlardı. Şimdiyse, iki yeni örneğe daha ulaştılar.

VERİLER ON KAT ARTTI

Eldeki bulgular, yakın zamanda CERN’de düzenlenen bir seminerde paylaşıldı ve 2017’de toplanan veriler, önceki yıl toplanan verilerin miktarına kıyasla on kat fazla.

Bu, NA62 için sağlam bir başlangıç. Öte yandan, ulaştıkları sonuçlardan emin olmak için, araştırma grubunun pozitif yüklü bir 'pion’ ve bir nötrino-antinötrino çiftine dönüşen en az birkaç pozitif yüklü kaon (K+) örneğine ihtiyacı var.

Öncelikle, bu tam olarak sizin 'koltuk bazlı’ bilimselliğinizin sınırında değil. Öte yandan, bu parçacık piyangosunun başarısı çekilen tüm zahmete değebilir. O halde, bu büyük parçacık hızlandırıcı tabanlı deneyin merak edilen sonucuna geçelim.

Deneyin iki potansiyel sonucu var. Bunlardan ilki, inanılmaz oranda nadir görülen K+ bozulmasının, parçacık fiziğinin Standart Model’inin öngördüğü oranda sık gerçekleşmesiydi. Yani model onaylandı ve bu çok iyi.

İkinci olasılık, potansiyel açıdan daha heyecan verici. Araştırmacılar, diğer parçacıklara yeniden bağlanan pozitif yüklü kuark çiftleriyle ilgili istatistikleri bir araya getirdikten sonra, toplama eklenen bir şey olup olmadığını görebilirler.

YENİ BİR STANDART MODEL’İN ÖNÜNÜ AÇIYOR

Standart Model, henüz karanlık madde, madde ve anti-maddenin neden erken evrende birbirlerini yok etmeyi başaramadığını ya da bazı temel parçacıkların kütlelerinde neden farklılıklar olduğunu açıklamıyor.

Bu durumda, ortada çok isabetli biçimde öngörülemeyen bir şey olup olmadığını bulmak, büyük bir hassasiyetle test edebileceğimiz bir şey... Bu, Standart Model’in yeni versiyonu olan V2.0’ın önünü açabilir.

Bu epey garip kuark eşleşmesini kullanmak keyfi bir karar değil. Kaon’lar, ilk etapta fiziğin Standart Model’ini oluşturmada mühim bir rol oynamışlardı. Kısacası, bu parçacık ortaklıklarının davranış biçimiyle ilgili hatalı bir şey bulursak, bunun ciddi sonuçları olacak.

Birmingham Üniversitesi’nde fizikçi ve NA62 araştırmasının sözcüsü olan Cristina Lazzeroni, "Standart Model’de, bu kaon bozunma sürecine aşırı nadir ve kusursuz bir şekilde öngörülen şeylerin birleşimi olması sebebiyle ‘altın kanal’ adı veriliyor.”

"Bunları yakalamak çok zor ve yeni fizik alanında araştırmalar yapan bilim insanlarına gerçek bir vaatte bulunuyorlar.”

Deneyin ne kadar büyük bir çaba gerektirdiğine ilişkin sizlere küçük bir fikir vermek için, yaşanan süreci özetleyelim: Süper hızlardaki protonları metal berilyumdan oluşan bir hedefe çarptırmak için güçlü bir sinkrotron (manyetik ve elektrostatik elektron hızlandırıcı) kullanılıyor.

ÇOK NADİR BİR DÖNÜŞÜM

Yaklaşık bir milyar parçacığın dağıldığı bir kıyamın ortasında, bir avuç parçacık kaon haline gelir; bunlar yaklaşık 60 milyon tanedir. Bu kaon’lar, nadiren görülen bir veya iki farklı şeye dönüşmesine yol açan bozunmaların işaretlerinin incelenmesi için bir kanala yönlendirilir.

Bu derecede yüksek hassasiyet içeren bir yöntemi etkileyen daha yüksek hata yapma riski sayesinde, deney, araştırmacıların tüm önemli işaretleri bulmayı bekledikleri alanlara girmeden önce, parçacık bozunum alanının tamamını inceledikleri kör bir aşamadan da geçiyor.

Fizikçiler, bu ender rastlanan sürecin ne sıklıkta gerçekleştiğine dair sınırları belirleyerek ve ne sıklıkta olması gerektiğiyle karşılaştırarak, olaya ilişkin matematik hesaplarını aşırı derecede yüksek bir hassasiyetle sınıyorlar.

Şu ana dek bulunan kanıtlar, K+’nın her 100 milyar bozunmanın en fazla 24.4’ünde bir pion, nötrino ve antinötrino haline geleceğini ve bu da Standart Model’in 100 milyar parçacık başına yaklaşık 8.4 olan öngörüsüne uygun olduğunu gösteriyor.

Öte yandan, araştırma henüz tamamlanmadı. Şimdiye dek elimize geçen yalnızca üç olağandışı K+ bozunma olayı aracılığıyla bir karar vermeden önce, daha birçok parçacık çarpışmasını gözlemlememiz gerekecek.

Elimizde geçen yıldan kalan ve incelenmek üzere bekleyen başka veriler de mevcut; fakat CERN’deki süper proton çarpıştırıcısını yeniden doldurmadan önce, 2021 yılına dek beklememiz gerekiyor.

Standart Model yerinden kıpırdamayı reddetse de buna benzer deneylerde neredeyse hiçbir şey boşa gitmiyor.

Lazzeroni, "Yeni sonuçlar henüz sınırlı istatistik verisi sunuyor ama bazı yeni fizik modellerine sınırlar çizmeye başlamamızı sağladı,” diyor.

* Yazının aslı Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)