CERN bünyesinde faaliyet gösteren ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb deneylerinin tamamı, oksijen ve neon çekirdeklerinin çarpıştırıldığı deneylerde kuark-gluon plazmasının oluştuğuna işaret eden yeni kanıtlar elde ettiklerini açıkladı. Geçtiğimiz yıl gerçekleştirilen ilk oksijen çarpışmalarında elde edilen ön bulguların ardından yapılan daha detaylı analizler, hem oksijen-oksijen hem de neon-neon çarpışmalarında bu ilkel madde hâlinin oluşmuş olabileceğini gösteriyor.

Evrenin İlk Anlarındaki Maddeyi Yeniden Oluşturuyorlar

Kuark-gluon plazması, sıcaklığın Güneş'in merkezinden 100 bin kat daha yüksek seviyelere ulaştığı koşullarda oluşuyor. Bu kadar yüksek enerjilerde proton ve nötron gibi parçacıkları meydana getiren kuarklar ile onları bir arada tutan gluonlar birbirlerinden ayrılıyor ve serbest hareket etmeye başlıyor. Fizikçilere göre Büyük Patlama'nın ardından evrenin ilk mikro saniyelerinde de madde tam olarak bu formdaydı.

Yaklaşık 14 milyar yıl sonra bilim insanları bu koşulları yalnızca çok kısa süreliğine de olsa laboratuvar ortamında yeniden oluşturabiliyor. Bunun için atom çekirdekleri ışık hızına yakın hızlarda birbirine çarptırılıyor ve ortaya çıkan aşırı enerji sayesinde kuark-gluon plazması oluşuyor.

Hafif Atomlar da Kuark-Gluon Plazması Oluşturabiliyor

Araştırmacılar uzun yıllar boyunca bu plazmanın oluşabilmesi için kurşun gibi çok ağır atom çekirdeklerinin gerekli olduğuna inanıyordu. Çünkü ağır çekirdekler çarpışma sırasında çok daha büyük bir enerji yoğunluğu oluşturarak gerekli sıcaklık ve basınca ulaşabiliyor. Ancak son yıllarda elde edilen veriler bu görüşü giderek zayıflatıyor. Daha önce proton-proton ve proton-kurşun çarpışmalarında da kuark-gluon plazmasına işaret eden bazı belirtiler tespit edilmişti. Geçtiğimiz yıl ise oksijen-oksijen çarpışmalarından gelen ilk sinyaller dikkat çekmişti. Şimdi yayımlanan yeni analizler ise bu sinyallerin çok daha güçlü olduğunu ve neon çekirdekleriyle yapılan deneylerde de benzer sonuçlar elde edildiğini ortaya koyuyor.

Farklı Deney Ekipleri Aynı Sonuca Ulaştı

Araştırmacıların en önemli gözlemlerinden biri, yüksek enerjili kuark ve gluonların çarpışma sonrasında beklenenden daha fazla enerji kaybetmesi oldu. "Parton enerji kaybı" adı verilen bu olay, yalnızca parçacıkların çok yoğun bir ortamın içinden geçmesi durumunda bekleniyor.

ATLAS deneyi bunu çarpışma sonucunda oluşan parçacık jetleri arasındaki enerji dengesizliğini inceleyerek tespit etti. Özellikle çarpışmaların tam merkezden gerçekleştiği durumlarda enerji kaybının daha belirgin hâle geldiği görüldü. Bu da daha büyük hacimli bir kuark-gluon plazmasının oluştuğu beklentisiyle örtüşüyor.

Diğer deneyler de farklı yöntemlerle benzer sonuçlara ulaştı. CMS, oksijen ve neon çarpışmalarında yüksek enerjili parçacıkların sayısının proton çarpışmalarına kıyasla belirgin şekilde azaldığını gözlemledi. LHCb ise bir charm kuarkı ile hafif bir kuarktan oluşan parçacıkların, neon çarpışmalarında oksijen çarpışmalarına göre daha fazla baskılandığını belirledi. Çünkü daha ağır olan neon çekirdeklerinin daha büyük bir kuark-gluon plazması oluşturması ve bunun da parçacıkların daha fazla enerji kaybetmesine neden olması bekleniyor.

Öte yandan ALICE ekibi de benzer enerji kaybı etkisinin başka süreçlerden kaynaklanmadığını doğrulamak için oksijen-oksijen ve proton-oksijen çarpışmalarını karşılaştırdı. Yapılan analizler, oksijen çarpışmalarında parton enerji kaybına dair net kanıtlar ortaya koydu.

Ayrıca Bkz.Dünya'yı asteroitlerden korumak için nükleer silah önerisi: Önce del, sonra patlat

Bilim insanları yalnızca enerji kaybını değil, kuark-gluon plazmasının oluşması durumunda ortaya çıkması beklenen başka etkileri de inceledi. Bunlardan biri, ağır kuark ve karşıt kuarklardan oluşan kısa ömürlü parçacıkların farklı oranlarda bastırılmasıydı. CMS ve LHCb deneyleri, upsilon mezonları üzerinde yaptıkları ölçümlerde de teorik beklentilerle uyumlu sonuçlar elde etti.

ALICE ise çarpışma sonrasında ortaya çıkan parçacıkların uzaydaki dağılımını analiz etti. Üç kuarktan oluşan baryonların, iki kuarktan oluşan mezonlara kıyasla daha belirgin yönelim göstermesi, kuark-gluon plazmasının kolektif hareketinin bu parçacıklara aktarıldığı yönündeki teoriyi destekledi.

Tüm bu bağımsız gözlemler tek başına kesin kanıt olarak görülmese de, dört farklı deneyden gelen sonuçların aynı tabloyu işaret etmesi dikkat çekiyor. Eğer ilerleyen analizler de bu bulguları doğrularsa, kuark-gluon plazmasının yalnızca ağır çekirdek çarpışmalarında değil, oksijen ve neon gibi görece hafif atom çekirdekleriyle de oluşturulabildiği kesinleşmiş olacak.