Fiziğin en büyük sırrına ışık tutacak önemli bir keşif yapıldı

Fizikçiler, Madde Evreninin En Büyük Gizemine Dair Önemli Bir İpucu Buldu

Felsefeci Martin Heidegger’in “varlığın en temel sorusu” olarak tanımladığı “Neden bir şey var, neden yok?” sorusu, tarih boyunca bilim insanlarını ve teologları meşgul etmiştir.

Bilim henüz bu soruya kesin bir cevap bulamamış olsa da, araştırmacılar ipuçlarını daraltmaya başlamıştır. Açık olan şu ki, Büyük Patlama sırasında ortaya çıkan madde miktarı, antimaddeye göre çok daha fazlaydı. Bu durum tuhaftır çünkü madde ve antimadde etkileşime girdiğinde yok olurlar. Günümüzde, fizikçiler enerjiyi parçacıklara dönüştürdüklerinde, her zaman eşit sayıda anti-parçacık ortaya çıkar. Dolayısıyla, erken evrende madde ve antimadde birbirleriyle reaksiyona girerek yok olmalıydı. Ancak, bir şekilde bu süreç, çok az miktarda maddenin geride kalmasına neden oldu. Bu fazlalık, günümüzde gördüğümüz her şeyin temelini oluşturdu.

Fizikçiler, şimdi bu dengesizliğin kaynağı hakkında yeni bir ipucu buldular. Araştırma, baryonik maddenin yapı taşları olan kuarklar ve gluonlar arasındaki etkileşimlere odaklanmaktadır. Science dergisinde yayınlanan araştırmaya göre, bu dengesizlik ne kuarklardan ne de gluonlardan bağımsız olarak ortaya çıkıyor.

Araştırmalar, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) adlı cihaz kullanılarak gerçekleştirildi. Ancak, daha gelişmiş bir parçacık hızlandırıcısı yapımı için RHIC bu yılın başlarında kapatılmıştır.

Stony Brook Üniversitesi’nden fizikçi Dmitri Kharzeev, “Bu, RHIC programının en önemli sonuçlarından biridir” dedi. “Baryonik maddenin yapısını ve nasıl ortaya çıktığını anlamamızı değiştiriyor.”

Fizikçiler, genellikle yüksek enerjili çarpışmalar yoluyla baryonik madde yaratırlar. Bu çarpışmalar sırasında aynı miktarda antimadde da ortaya çıkar. Yaratılan toplam parçacık sayısından anti-parçacık sayısının çıkarılmasıyla elde edilen “baryon sayısı” her zaman sıfırdır.

Eğer erken evren bu kurala uyduysa, günümüzdeki evren tamamen enerjiden oluşacaktı. Ancak, fizikçiler bu simetriyi bozmayı başaramamışlardır. Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndan Prithwish Tribedy, “Hiçbir deney, baryon sayısının ihlal edildiğini göstermedi” dedi.

İki protonun çarpışması sırasında, baryon sayısı iki olur. Protonlar birçok yeni parçacığın oluşmasına neden olur ve bu parçacıklar hızla yok olurlar, ancak baryon sayısı sonuna kadar iki olarak kalır. Bu baryon sayısının hangi ara parçacıklar aracılığıyla aktarıldığını anlamak önemlidir. Tribedy’nin sorduğu soru şu: “Baryon sayısının nereye gittiğini bulmak için neyi takip etmeliyiz?”

Birçok fizikçi, protonun baryon sayısının iki “yukarı” kuark ve bir “aşağı” kuark tarafından taşındığını düşünüyordu. Ancak, RHIC’in verileri, baryon sayısının aslında protonun kuarkları ile gluonları arasındaki etkileşimlerden kaynaklandığını gösterdi. Gluonlar, kuarkları bir arada tutan nötr parçacıklardır.

Araştırmacılar, STAR (Solenoidal Tracker at RHIC) adlı deney kullanılarak, iki ağır çekirdek olan rutenyum ve zirkonyumun çarpışması sırasında baryon sayısının nasıl aktarıldığını belirledi. Bu elementlerin farklı izotopları kullanıldı; rutenyum dört protona ve dört daha az nötrona sahipken, zirkonyum tam tersi oranda yapılandırılmıştır. Bu fark, çarpışma sırasında ortaya çıkan elektrik yükünün takibine olanak tanır ve böylece baryon sayısının nasıl aktarıldığını anlamayı kolaylaştırır. Sonuçlar, sadece elektrik yükünün baryon sayısını açıklayamayacağını gösterdi; başka bir nötr unsur da rol oynamaktadır: gluon.

Tribedy, “Bağlantılı gluon yapısı, baryon sayısının nereye gittiğinin daha iyi bir göstergesi gibi görünüyor” dedi.

RHIC’in bulgusu, fizik dünyasına önemli bir katkı sağlamıştır. Ancak, bu bulgu Heidegger’in sorusuna kesin bir cevap vermemektedir. Bununla birlikte, bilim insanlarına baryon sayısını temel düzeyde anlamalarına ve bu sayının nasıl korunduğunu gözlemlemelerine olanak tanımaktadır. Bu, “Neden bir şey var, neden yok?” sorusunun cevabına ulaşmak için önemli bir adımdır. Kharzeev, “Baryon sayısı her zamandan beri korunmuştur, bu nedenle nasıl kodlandığını ve taşındığını anlamak esastır” dedi.

Cevap hala gizemli olsa da, bilim insanları artık gluonların bu en büyük kozmik sırda önemli bir rol oynadığını bilmektedirler.

Kaynak:
Scientificamerican