1935’te Hideki Yukawa, proton ve n\u00f6tronlar\u0131n -kuarklardan olu\u015fan par\u00e7ac\u0131klar- neden birbirine yap\u0131\u015ft\u0131\u011f\u0131n\u0131 a\u00e7\u0131klad\u0131; g\u00fc\u00e7l\u00fc n\u00fckleer kuvvet… \u015eiimdiyse fizik\u00e7iler, daha nadir kuark gruplar\u0131n\u0131n nas\u0131l etkile\u015fime girdi\u011fini ara\u015ft\u0131rmak i\u00e7in gerekli ekipmanlara da sahipler. Her dakika milyarlarca kez, B\u00fcy\u00fck Hadron \u00c7arp\u0131\u015ft\u0131r\u0131c\u0131s\u0131nda (LHC) protonlar birbirine \u00e7arparak daha fazla protona, n\u00f6trona ve n\u00fckleer par\u00e7ac\u0131klar\u0131n daha az tan\u0131d\u0131k kuzenlerine kristalle\u015fen bir enerji girdab\u0131 sal\u0131yorlar. Baz\u0131 par\u00e7ac\u0131klar olay yerinden ka\u00e7arken birbirleriyle kar\u015f\u0131la\u015f\u0131rlar. Daha sonra belirli bir \u00e7iftin bir araya gelip gelmeyece\u011fini veya ayr\u0131\u015faca\u011f\u0131n\u0131 fizik\u00e7iler genellikle s\u00f6yleyemezler.
\nKuramsal fizik\u00e7iler, 50 y\u0131ldan daha uzun bir s\u00fcre \u00f6nce proton ve n\u00f6tronlar\u0131n i\u00e7indeki par\u00e7ac\u0131klar\u0131n nas\u0131l hareket etti\u011fini ara\u015ft\u0131rd\u0131. Ancak kuarklar olarak bilinen bu par\u00e7ac\u0131klar asla tek ba\u015flar\u0131na g\u00f6r\u00fcnmezler ve g\u00fc\u00e7l\u00fc kuvvet teorisini yani bedenlerimizi olu\u015fturan ve par\u00e7ac\u0131k \u00e7arp\u0131\u015ft\u0131r\u0131c\u0131lar\u0131nda g\u00f6r\u00fcnen nesneler olan kuark gruplar\u0131n\u0131n davran\u0131\u015f\u0131n\u0131 tahmin etmekte ba\u015far\u0131s\u0131z oldular. M\u00fcnih Teknik \u00dcniversitesi’nde fizik\u00e7i olan Laura Fabbietti, “Bu etkile\u015fimleri ilk ilkelerden itibaren anlamak e\u011fer isterseniz, n\u00fckleer fizi\u011fin s\u0131n\u0131r\u0131d\u0131r\u201d Onlarca y\u0131ll\u0131k \u00e7al\u0131\u015fman\u0131n ard\u0131ndan, birden fazla kuarktan olu\u015fan par\u00e7ac\u0131klar olan \u201chadronlar\u201d \u00fczerinde titiz ara\u015ft\u0131rma yapman\u0131n g\u00fc\u00e7l\u00fc yollar\u0131 nihayet belli bir seviyeye ula\u015f\u0131yor. S\u00fcper bilgisayarlar art\u0131k belirli dijital hadronlar aras\u0131ndaki kuvveti hesaplayabilir ve LHC’deki ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar, g\u00fc\u00e7l\u00fc kuvvetin neden oldu\u011fu u\u00e7ucu hadronlar aras\u0131ndaki titremeleri do\u011frudan tespit edebilen, femtoskopi olarak bilinen yeni bir y\u00f6ntemi kullanmada \u00f6nc\u00fc oluyorlar. Ara\u015ft\u0131rma, do\u011fan\u0131n en esrarengiz g\u00fcc\u00fcn\u00fcn yeni y\u00f6nlerini ortaya \u00e7\u0131kar\u0131yor. Femtoskopi geli\u015ftiricilerinden biri olan Fabbietti, \u201cBirdenbire, herhangi bir \u00e7ift hadron aras\u0131ndaki g\u00fc\u00e7l\u00fc etkile\u015fimi ilk kez test edebiliriz\u201d dedi.<\/p>\n
Esrarengiz \u00e7ekirdek <\/strong> B\u00fcy\u00fck bir \u015faka: Hadron<\/strong> LHC’den n\u00f6tron y\u0131ld\u0131zlar\u0131na <\/strong>
\nAtomun \u00e7ekirde\u011fi, Enrico Fermi ve Werner Heisenberg dahil olmak \u00fczere alandaki liderlerin birka\u00e7 tuhaf g\u00f6zlemi uzla\u015ft\u0131rmak i\u00e7in m\u00fccadele etti\u011fi 1930’lardan beri fizik\u00e7ilere meydan okudu. Bunlardan biri, \u00e7ekirde\u011fin var oldu\u011fu ger\u00e7e\u011fiydi. \u0130ki protonun birbirine sadece birka\u00e7 femtometre (bir metrenin milyarda birinin milyonda biri) uzakl\u0131kta yuvaland\u0131\u011f\u0131 helyum \u00e7ekirde\u011fini ele al\u0131n. Bu mesafede, iki pozitif y\u00fck, \u00e7ekirde\u011fi 20 librelik bir kuvvetle par\u00e7alamas\u0131 gerekirken tam tersine kararl\u0131 helyum atomlar\u0131 boldur. Elektromanyetizma atomu kontrol eder, ancak \u00e7ekirdek farkl\u0131 kurallarla oynuyor gibi g\u00f6r\u00fcnmektedir. Nispeten bilinmeyen bir Japon fizik\u00e7i olan Hideki Yukawa, 1935’te n\u00fckleer bulmacan\u0131n b\u00fcy\u00fck bir par\u00e7as\u0131na \u00e7arpt\u0131.
\n\u00c7ekirde\u011fi bir arada tutan g\u00fc\u00e7l\u00fc bir kuvvet varsa, bu tuhaft\u0131. K\u00fctlesiz foton, elektromanyetik kuvveti uzaklara ta\u015f\u0131r, ancak protonlar\u0131n ve n\u00f6tronlar\u0131n yap\u0131\u015fmas\u0131 i\u00e7in yak\u0131n temas gerekir. Yukawa’n\u0131n ana g\u00f6r\u00fc\u015f\u00fc, bu k\u0131sa menzilin, yeni kuvvetin par\u00e7ac\u0131\u011f\u0131n\u0131n hareket kabiliyetini s\u0131n\u0131rlayan bir k\u00fctleye sahip olmas\u0131ndan kaynakland\u0131\u011f\u0131yd\u0131; bunun elektronun a\u011f\u0131rl\u0131\u011f\u0131n\u0131n 200 kat\u0131 olmas\u0131 gerekti\u011fini hesaplad\u0131. Fizik\u00e7iler, 1947’de kozmik \u0131\u015f\u0131nlarda, Yukawa’n\u0131n tahmin etti\u011finden sadece \u00fc\u00e7te bir daha b\u00fcy\u00fck bir k\u00fctleye sahip olan pi mezonu veya “pion”u ke\u015ffettiler. Nobel \u00d6d\u00fcl\u00fc iki y\u0131l sonra geldi.
\nN\u00fckleer fizik\u00e7i ve Japonya’daki RIKEN enstit\u00fcs\u00fcn\u00fcn program direkt\u00f6r\u00fc Tetsuo Hatsuda, “Yeni bir par\u00e7ac\u0131\u011f\u0131n varl\u0131\u011f\u0131n\u0131 tahmin eden ilk ki\u015fiydi” dedi. “Bu, par\u00e7ac\u0131k fizi\u011finin do\u011fu\u015fuydu.” Pion, yeni par\u00e7ac\u0131klar tufan\u0131n\u0131n ilkini kan\u0131tlad\u0131. B\u00fcy\u00fcyen bu hayvanat bah\u00e7esindeki modeller, teorisyenlerin kuarklar\u0131n alt\u0131 \u00e7e\u015fit oldu\u011fu ve her zaman gruplar halinde var olacak kadar s\u0131k\u0131 bir \u015fekilde ba\u011fland\u0131\u011f\u0131 sonucuna varmalar\u0131na yol a\u00e7t\u0131. Bug\u00fcn fizik\u00e7iler 300’den fazla benzersiz hadron biliyorlar.
\nKuramsal fizik\u00e7iler, 1970’lerde g\u00fc\u00e7l\u00fc kuvvetin kuarklar\u0131 nas\u0131l y\u00f6netti\u011fini anlamak i\u00e7in kuantum renk dinami\u011fi veya QCD olarak bilinen bir teori \u00fczerinde \u00e7al\u0131\u015ft\u0131lar. Ancak bu sinir bozucu bir \u015fekilde, t\u00fcm cevaplar\u0131 sa\u011flam\u0131yordu.
\nQCD, kuarklar\u0131, elastik bir banttaki gerilim gibi, mesafe ile b\u00fcy\u00fcyen bir yo\u011funlukla, kuvvet ta\u015f\u0131yan “gluonlar\u0131n” de\u011fi\u015f toku\u015f eden tela\u015flar\u0131 olarak tasvir eder. Par\u00e7ac\u0131k \u00e7arp\u0131\u015ft\u0131r\u0131c\u0131s\u0131nda oldu\u011fu gibi, par\u00e7ac\u0131klar birbirine \u00e7arpt\u0131\u011f\u0131nda, kuarklar birbirine o kadar yak\u0131nla\u015f\u0131r ki elastik gev\u015fer. Bu durumlarda, QCD iyi \u00e7al\u0131\u015f\u0131r. Ancak ola\u011fan ko\u015fullar alt\u0131nda, elastik gerilir ve b\u00fcz\u00fcl\u00fcr ve QCD’nin matemati\u011fi bozulur. Bu s\u0131n\u0131rlama, hadronlar\u0131n ger\u00e7ek d\u00fcnyadaki davran\u0131\u015f\u0131n\u0131 bir gizem haline getirir.\u00a0 Tokyo Metropolitan \u00dcniversitesi’nde fizik\u00e7i olan Tetsuo Hyodo, “Bu, temel par\u00e7ac\u0131k fizi\u011finin Standart Modelindeki tek hesaplanamaz par\u00e7ad\u0131r” dedi.<\/p>\n
\n\u00c7\u00f6z\u00fclebilir bir teori olmasa bile, iki teknik, fizik\u00e7ilerin par\u00e7ac\u0131klar\u0131n \u015fifreli davran\u0131\u015flar\u0131n\u0131 k\u0131rmalar\u0131na giderek daha fazla yard\u0131mc\u0131 oluyor.
\n\u0130lk olarak ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar sorunu s\u00fcper bilgisayarlara devrederek bir dijital laboratuvar\u0131 \u015fu \u015fekilde kurdular: Uzay\u0131 bir \u0131zgaraya ve zaman\u0131 bir dizi ayr\u0131k ana b\u00f6l\u00fcyorlar. Izgara \u00e7izgilerinin kesi\u015fti\u011fi yerlere kuarklar\u0131 ve aralar\u0131ndaki ba\u011flant\u0131lara gluonlar\u0131 yap\u0131\u015ft\u0131r\u0131rlar. Daha sonra, d\u00fczg\u00fcn uzay ve zaman i\u00e7in imkans\u0131z olacak \u015fekilde kare kare ne oldu\u011funu hesapl\u0131yorlar.
\n2007’de Hatsuda’n\u0131n ara\u015ft\u0131rma grubu bu “kafes QCD” yakla\u015f\u0131m\u0131n\u0131 proton veya n\u00f6tron \u00e7iftlerini Yukawa tarz\u0131nda noktalar yerine daha ger\u00e7ek\u00e7i kuark ve gluon bulutlar\u0131 olarak sim\u00fcle etmek i\u00e7in kulland\u0131. Protonlar veya n\u00f6tronlar birbirinden yakla\u015f\u0131k bir proton geni\u015fli\u011finde oldu\u011funda, sanki pionlar\u0131 de\u011fi\u015f toku\u015f ediyormu\u015f gibi ger\u00e7ekten \u00e7ektiklerini do\u011frulad\u0131lar. Hatsuda, “Bir anlamda, Yukawa QCD temelinde onayland\u0131” dedi. Grup ayr\u0131ca Yukawa’n\u0131n teorisinin \u00f6tesine ge\u00e7ti ve par\u00e7ac\u0131klar daha da yak\u0131nla\u015ft\u0131\u011f\u0131nda \u00e7ekimin itmeye d\u00f6n\u00fc\u015ft\u00fc\u011f\u00fcn\u00fc kan\u0131tlad\u0131. Son zamanlarda ekip, bir proton veya n\u00f6tron (daha hafif “yukar\u0131” ve “a\u015fa\u011f\u0131” kuarklar i\u00e7erir) ile \u00fc\u00e7 daha a\u011f\u0131r “garip” kuarktan olu\u015fan bir “omega” hadron aras\u0131nda sanal kar\u015f\u0131la\u015fmalar yarat\u0131yor. 2019’da hadron \u00e7iftinin birbirini yak\u0131n ve uzak bir yerde \u00e7eki\u015ftirdi\u011fini buldular.Grup 2020’de bir \u00e7ift “lambda”n\u0131n (bir yukar\u0131 kuark, bir a\u015fa\u011f\u0131 kuark ve daha a\u011f\u0131r bir kuark) zay\u0131f bir \u015fekilde \u00e7ekti\u011fini hesaplad\u0131. Bu sonu\u00e7lar, bir anda bozunma e\u011filiminde olan daha a\u011f\u0131r hadronlar\u0131n birbirini nas\u0131l etkiledi\u011fine dair ilk ipu\u00e7lar\u0131ndan baz\u0131lar\u0131n\u0131 temsil ediyor.
\nBuna paralel olarak, LHC ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar\u0131 ger\u00e7ek hadronlar\u0131 izlemek i\u00e7in ALICE deneyini kullanmaya ba\u015flad\u0131lar. Proton \u00e7arp\u0131\u015fmalar\u0131, \u00e7o\u011fu ba\u015fka par\u00e7ac\u0131klara bozunan bir hadron patlamas\u0131 \u00fcretir. ALICE ara\u015ft\u0131rmac\u0131lar\u0131, istenen hadron e\u015fle\u015fmelerinin i\u015faretlerini bulmak i\u00e7in bu \u00e7arp\u0131\u015fmadan geriye kalanlar\u0131 inceliyor. Benzer yollar boyunca birlikte hareket eden hadron \u00e7iftlerini farkl\u0131 y\u00f6nlere gidenlerle kar\u015f\u0131la\u015ft\u0131r\u0131rlar. Ama\u00e7, yak\u0131ndaki hadronlar\u0131n birbirlerini nas\u0131l \u00e7ekebileceklerine veya itebileceklerine dair i\u015faretleri ortaya \u00e7\u0131karmakt\u0131r. Teknik, tek bir femtometre kadar k\u00fc\u00e7\u00fck hadronik k\u0131p\u0131rt\u0131lar\u0131 tespit edebilir.
\nALICE ekibinde femtoskopi grubuna liderlik eden Fabbietti, \u201cG\u00fczel olan, bu tekni\u011fi \u00e7ok nadir ve karars\u0131z olan hadronlara uygulayabilmenizdir, normalde iki par\u00e7ac\u0131\u011f\u0131n birbiriyle konu\u015fmas\u0131na ve ne dediklerini g\u00f6rmesine izin vermenin ba\u015fka ihtimali yoktur ” dedi. Grup 2020’de Nature’da femtoskopi y\u00f6ntemini detayland\u0131rd\u0131. Ge\u00e7en Ekim ay\u0131nda, bir proton ve bir pi-mezon (garip bir kuark ve onun anti-kuark\u0131ndan olu\u015fan) aras\u0131nda b\u00fcy\u00fck \u00f6l\u00e7\u00fcde bilinmeyen bir etkile\u015fimin \u00f6l\u00e7\u00fcm\u00fcn\u00fc a\u00e7\u0131klad\u0131lar. Deneyciler normalde verilerini yorumlamak i\u00e7in kafes QCD’den gelen teorik verilere dayan\u0131rlar, ancak pi-mezonlar \u00fczerinde o kadar az \u00e7al\u0131\u015fma yap\u0131lm\u0131\u015ft\u0131r ki Yukawa’n\u0131n 1935 teorisine geri d\u00f6nmek zorunda kald\u0131lar.
\nVeri analizini y\u00f6neten y\u00fcksek lisans \u00f6\u011frencisi Emma Chizzali, “Proton-pi i\u00e7in hi\u00e7bir \u015fey yoktu” dedi.\u00a0 ALICE ekibi yakla\u015f\u0131k 100.000 e\u015fle\u015fmeden birbirine yak\u0131n olan protonlar ve pi-mezonlar\u0131n birbirini \u00e7ekiyor gibi g\u00f6r\u00fcnd\u00fc\u011f\u00fcn\u00fc sonu\u00e7land\u0131rd\u0131. Yine de \u00e7ekim, protonlar ve n\u00f6tronlar aras\u0131ndaki \u00e7ekimin yaln\u0131zca onda biri kadar g\u00fc\u00e7l\u00fcyd\u00fc. Hatsuda, deneyin “\u00e7ok heyecan verici” oldu\u011funu s\u00f6yledi. Ekibi \u015fu anda sonucu kafes QCD ile kontrol ediyor.<\/p>\n
\nGarip kuarklar i\u00e7eren hadronlar LHC’de h\u0131zla bozunurken, b\u00fcy\u00fck bas\u0131n\u00e7lar\u0131n “hiperonlar” olarak bilinen garip proton varyantlar\u0131n\u0131 dengeleyebildi\u011fi n\u00f6tron y\u0131ld\u0131zlar\u0131n\u0131n uzun s\u00fcreli sakinleri olarak var olabilirler. Bu hiperonlar, baz\u0131 teorisyenlerin \u00f6l\u00fc y\u0131ld\u0131zlar\u0131 sertle\u015ftirebilece\u011fini \u00f6ne s\u00fcrd\u00fc\u011f\u00fc pionlar yerine pi-mezonlar\u0131 de\u011fi\u015ftirecektir. Ancak ALICE’\u0131n sonucu, garip etkile\u015fimlerin \u00f6nemli olamayacak kadar zay\u0131f oldu\u011funu g\u00f6steriyor. Fabbietti, “N\u00f6tron y\u0131ld\u0131zlar\u0131n\u0131n i\u00e7inde hiperonlar varsa, onlar\u0131n etkile\u015fimleri tamamen ihmal edilebilir” dedi. Hyodo, iki ve \u00fc\u00e7 kuark par\u00e7ac\u0131klar\u0131n\u0131n birbirine yap\u0131\u015ft\u0131\u011f\u0131na dair kapsaml\u0131 bir bilginin ba\u015fka bir gizem olan d\u00f6rt veya be\u015f kuark gruplar\u0131n\u0131n neden bu kadar nadir oldu\u011funu a\u00e7\u0131klayabilece\u011fini umuyor. Fizik\u00e7iler y\u00fczlerce kuark ikilisi ve \u00fc\u00e7l\u00fcs\u00fc kataloglarken sadece bir avu\u00e7 tetrakuark ve pentakuark kataloglayabildiler. Bu ama\u00e7la ALICE, 2016 ile 2018 aras\u0131nda meydana gelen yakla\u015f\u0131k bir milyar \u00e7arp\u0131\u015fmay\u0131 ay\u0131kl\u0131yor. Ancak bu bahardan itibaren, LHC’ye yap\u0131lacak bir y\u00fckseltme, veriyi 100 kat daha h\u0131zl\u0131 almalar\u0131na olanak tan\u0131yacak. \u00d6n\u00fcm\u00fczdeki on y\u0131l i\u00e7inde Fabbietti, daha a\u011f\u0131r kuarklar i\u00e7eren daha nadir hadronlar\u0131n kar\u0131\u015f\u0131m\u0131n\u0131 \u00f6l\u00e7meyi umuyor. Fabbietti “Bu yapbozu in\u015fa ediyoruz ve hepsini \u00f6l\u00e7meye \u00e7al\u0131\u015f\u0131yoruz.” dedi.<\/p>\n