CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, Bowling Topu Şeklinde Bir Atom Çekirdeği Keşfetti

Evrendeki her atom, çekirdek adı verilen sıkı bir proton ve nötron kümesi etrafında oluşur. Bu çekirdek, atomun temel özelliğini tanımlar, element kimliğini belirler ve kütlesinin çoğunu oluşturur. Ders kitaplarında genellikle elektronların döndüğü küresel bir “çilek” şeklinde tasvir edilse de, bu her zaman en doğru resim olmayabilir.

Şimdi CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC), fizikçiler bu şekillerden birinin kanıtını buldular: Her neon atomunun içinde bulunan, bowling topu şeklinde bir çekirdek yapısı. Bu sadece ilginç bir detay değil; aynı zamanda nükleer fizik için önemli ve yüksek enerjili çarpışmalarda maddenin tuhaf davranışlarını anlamak için de kritik öneme sahip.

Tüm çekirdekler aynı şekilde oluşmaz. Bazıları küreden farklı şekillere sahip olabilir; örneğin radyum-224, belirgin bir “armut” şeklinde bir atom çekirdeğine sahiptir. Bu tür şekilleri anlamak, fizikçilerin çekirdeklerin aşırı koşullar altında nasıl davranabileceğini tahmin etmelerine yardımcı olabilir. Ancak bu şekilleri gerçekten görmek o kadar da kolay değildir; çünkü atom çekirdekleri çok küçüktür.

Normal ölçümlerde, bir çekirdek sabit durmaz. Kuantum durumu, olası tüm yönlendirmelerin ortalamasını alır, böylece sıfır açısal momentumlu, küresel olmayan bir çekirdek bile laboratuvarda küresel görünür. İşte burada bir parçacık çarpıştırıcısının kullanışlı olmasıdır. Atomik çekirdekler çarpıştığında, içsel yapısı oluşan madde akışını etkileyebilir.

İki farklı şekle sahip nesneyi su akıntısına yerleştirdiğinizi ve bunları gözden uzak tuttuğunuzu hayal edin. Aşağı yöndeki su akışını inceleyerek, bu akışı bozan nesnenin şekli hakkında bir şeyler öğrenebilirsiniz. İlke burada benzerdir; ancak mevcut bir akışı bozmak yerine, nükleer çarpışma aslında akan maddeyi yaratır.

Deneylerinde, CMS işbirliği iki farklı atomik çekirdeğin çarpışmasını inceledi: oksijen-16 ve neon-20. Oksijen ve neon doğrudan çarpıştırılmadı; ancak oksijen-oksijen ve neon-neon çarpışmalarının sonuçları incelendi. Bunun nedeni, oksijen-16 ve neon-20’nin kütle olarak birbirine yakın olması, ancak farklı içsel yapılara sahip olmalarıdır. Hesaplamalar (ve önceki çalışmalar), oksijen-16’nın tetrahedral bir nükleer yapıya sahip olduğunu, neon için ise “bowling topu” şeklinde bir yapının öngörüldüğünü gösteriyor. Araştırmacılar, her tür çarpışmadan çıkan parçacıkların akışını inceleyerek, başlangıç geometrisini ortaya çıkarabilecek kalıplar aradılar. Özellikle, daha doğrudan çarpışmalarda eliptik ve üçgen akıştaki farklılıklar aranıyordu. Bulgular, yapıdaki değişikliklerin eliptik akışta kendini göstereceğini gösterdi. Araştırmacılar bu değişiklikleri tespit ettiler; ancak üçgen akıştaki değişiklikler model tahminleriyle tam olarak örtüşmedi. Bu hala önemli bir sonuç çünkü, çarpışmalardaki kolektif akışın nükleer geometriye duyarlı olduğunu gösteriyor. Fizikçiler, “küçük resim” gibi görünmese de, kanıtlar nükleer deformasyona uygun. Bu, atomun içindeki proton ve nötronların düzenlenmesi gibi ince bir faktörün bile, parçacık püskürtmesinde tespit edilebilir bir iz bırakabileceğini gösteriyor. Bulgular, parçacık çarpıştırıcılarının, atomik çekirdeklerin yapısını anlamak için yeni bir yol sağlayabileceğini gösteriyor. “Bu sonuçlar, hafif iyon çarpışmalarındaki kolektif akışın hem başlangıç geometrisine hem de hidrostatik ortam yanıtına duyarlı olduğunu ortaya koymaktadır” deniliyor. Ayrıca, “küçük sistemdeki kolektiflik modelleri için katı kısıtlamalar sağlamaktadır ve nükleer yapı çalışmaları için değerli sonuçlar sunmaktadır.” Bulgular, Physical Review Letters dergisinde yayınlandı. Bu makale Clare Watson tarafından kontrol edilmiş ve düzenlenmiştir. Her ne kadar süreçlerimize güvensek de, biz sadece insanlarız. Eğer bir hata görürseniz, lütfen bize bildirin.