CERN’de Büyük Patlama’nın İlk Anlarındaki Maddeyi Yeniden Oluşturma İmkanı

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.

Haberi okuduğunuz için teşekkürler, bizi takip etmeyi unutmayın!

Evrenin ilk anlarını anlamaya çalışan fizikçilerin başlıca odak noktalarından biri, Büyük Patlama’nın hemen ardından var olduğu düşünülen madde hâli. Evren henüz saniyenin milyonda birinden bile daha kısa bir yaşa sahipken, bugün bildiğimiz protonlar ve nötronlar henüz oluşmamıştı. Bunun yerine kuarklar ve gluonlar, son derece yüksek sıcaklık ve basınç altında serbest şekilde hareket ediyordu. “Kuark-gluon plazması” (QGP) adı verilen bu egzotik madde hâlini yeniden oluşturabilmek için bilim insanları yıllardır CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nı (LHC) kullanıyor. Şimdiye kadar bu plazmanın ancak kurşun gibi çok ağır atom çekirdeklerinin çarpıştırılmasıyla oluşabileceği düşünülüyordu. Ancak CERN’den gelen yeni sonuçlar, bu anlayışı değiştirebilecek önemli bulgular ortaya koyuyor.

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.

Araştırmacılar uzun yıllar boyunca bu plazmanın oluşabilmesi için kurşun gibi çok ağır atom çekirdeklerinin gerekli olduğuna inanıyordu. 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.

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 ekipleri 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.

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.