Dünyanın en büyük atom parçalayıcı, yeni bir parçacık türü ortaya çıkardı ve şimdiye kadar, bir charmed varlığına yol açar.
İki sözde cazibeli kuarktan oluşan parçacığın keşfi, mevcut model parçacık fiziği modeli olan Standart Model'in tahminlerini doğrular.
Yeni parçacık, protonların birbirine yaklaşmadan önce ışık hızının yakınlaştırdığı Cenevre, İsviçre yakınlarındaki 16 mil uzunluğunda (27 kilometre) yeraltı yüzüğü olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) keşfedildi. Protonlar yeni bir deneyde parçalandıkça, Xi-cc-plus-plus ("Xi" olarak adlandırılan "ksi") olarak adlandırılan yeni parçacık ortaya çıktı. [Fotoğraflar: Dünyanın En Büyük Atom Smasher]
Xi, çok küçük dünyayı oluşturan diğer parçacıkların bir koleksiyonuna katılır. Xi bir baryon, yani kuark olarak adlandırılan üç tane daha küçük parçacıktan yapılmış bir parçacık anlamına gelir. En ünlü bijonlar, gündelik maddeleri oluşturan protonlar ve nötronlardır. Bu arada Quarks, altı çeşide ("tat" denir) gelir ve farklı tatları ve kuarkları karıştırıp eşleştirerek doğa, farklı kütleli ve yüklü olan baryonsları üretir. Kuark lezzetleri şunlardır: yukarı, aşağı, üst, alt, çekicilik ve garip.
Yeni keşfedilen Xi parçacığı ağırdır. İki çekirdekli kuarktan ve bir kuarktan oluşan LHC'yi işleten Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü CERN'den yapılan açıklamaya göre, 3,621 milyon elektron voltunda (MeV). Karşılaştırma için, iki kuark ve bir kuarktan oluşan bir proton, 938 MeV'de ağırlaşır. (Çünkü kütle, Albert Einstein'ın E = mc ^ 2'sini kullanarak enerjiye çevrilebildiğinden, parçacık kütleleri elektron voltlarında ölçülür, ki bu kütlenin ne kadar enerji olduğunu gösterir.)
Yeni, egzotik parçacık doğrudan LHC'de görülmedi, çünkü bir saniyenin sadece küçük bir kısmı kadar sürüyor. Bu örnekte, araştırmacılar Xi-cc'yi çürüme ürünleri ile tanımladılar. Xi, lambda baryon ve üç hafif parçacık, K- (veya kaon) ve iki pion olarak adlandırılan bir parçacık içine çürüyor. [Infographic: Doğanın En Küçük Parçacıkları Kesildi]
Fizikçiler daha önce Xi-cc'nin varlığını tahmin ettiler, ancak parçacığın kütlesinin ne olacağı belli değildi; teorik tahminlerin doğru olup olmadığını kimse bilmiyordu.
Olduğu gibi, teoriler haklıydı - kitle olması gereken şeydi. 2014 yılında Xi'nin teorik bir kitlesini özetleyen Chicago Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Jonathan Rosner, “Anormallikler varsa, kuarklar arasında bilinmeyen etkileşimler varsa, kitleler tahminlerden çıkmış gibi görünebilir” diyor.
Xi'nin kütlesi yaklaşık 3.621 MeV oldu. Rosner'ın çalışması oldukça yakın bir rakam elde etti: 3,627 MeV.
Segmente Büyük X Baryon Spektrometresi (SELEX) olarak adlandırılan Fermilab'daki daha önceki bir deney, 2002'de Xi'yi buldu. Ancak Rosner, kütle tahminlerinin çok düşük olduğunu belirtti.
Rosner, WordsSideKick.com'a "Onlar, 100 keV'lik bir kitlesel tahminlerden daha düşük bir kitle elde ettiler."
Rosner, LHC'nin bu kadar düşük bir kütle bulmuş olsaydı, Standart Modelde yanlış bir şey olduğunu gösterecekti, dedi. Ama bu olmadı; Xi, Rosner'ın tahmin ettiği gibi davrandı ve Standart Model, başka bir deneyden sağ kurtuldu.
Bu keşif aynı zamanda gerçekte var olan iki ağır kuarkın da bulunduğunu kanıtladı. Fizikçiler, teorilerin CERN'e göre yapmaları gereken her şeyi söylese bile kesin olarak söyleyemedi. Önceki deneyler, bir ağır kuark ile birçok parçacık üretmişti, ama hiç iki değil. İki çekicilik kuarkı olan Xi gibi baryonlara "iki katına çıkmış" denir.
Xi hakkında bir başka garip şey, daha sıradan kuzenleri ile karşılaştırıldığında, büyük cazibe kuarklarının daha ağır kuzenlerini “yörüngede” hafifleten kuarkı bırakmasıdır. (Bu kesinlikle konuşursak işlerin nasıl yürüdüğü pek iyi değildir, çünkü kuarklar kuantum mekanik nesnelerdir, bu yüzden bowling topları gibi pozisyonları yoktur, aksine daha çok dalga gibi davranırlar). Bir protonda, kuark kitleleri daha benzerdir, bu yüzden birbirlerini farklı şekilde hareket ettirirler.
"Üç kuarkın birbirinin etrafında özenli bir dans gerçekleştirdiği diğer aylaların aksine, iki ağır kuarkın birbirini çevreleyen ağır yıldızların rolünü oynadığı iki katlı bir karkyonun bir gezegen sistemi gibi hareket etmesi bekleniyor." Bu ikili sistem etrafında dönen daha hafif quark ile, "LHCb denilen bir LHC deneyi için eski sözcüsü Guy Wilkinson, bir ifadede söyledi.
Araştırmacılar, bulguların güçlü etkileşimi, parçacıkları birbirine bağlayan gücü hakkında yeni bilgiler getirebileceğini söyledi.
LHCb işbirliğinin sözcüsü Giovanni Passaleva, "Dörtlü kuvvetli kuvvetlerden biri olan kuantum kromodinamiğini, kuvvetli etkileşimi tanımlayan teorinin daha fazla araştırılması için benzersiz bir araç sağlayacağından, iki kat fazla bir barbar bulmanın önemi büyük." bir açıklamada söyledi. "Böylesi parçacıklar böylece teorilerimizin tahmin gücünü geliştirmemize yardımcı olacaktır."
Sonuçları özetleyen çalışma, Fiziksel İnceleme Mektupları dergisine sunulmuştur.
Aslen Canlı Bilim'de yayınlandı.