Protonların İçsel Çekicilik Kuarkları İçerdiğini Öne Sürüyor
Bir protonun cazibesini anlamak, parçacık çarpıştırıcılarından gelen bilgileri iyileştirebilir.
Protonlar özünde çekici olabilir.
Atom altı parçacıklar, kuark adı verilen daha hafif üç parçacığın bir karışımıdır: ikisi yukarı kuark ve biri aşağı kuark olarak bilinen türden. Ancak fizikçiler onlarca yıldır protonların “içsel” tılsım kuarkları adı verilen daha büyük kuarklara da ev sahipliği yapabileceğini düşünüyorlardı. 18 Ağustos Nature’da fizikçilerin bildirdiğine göre, yeni bir analiz bu fikri destekliyor.
Tılsım kuarkları, yukarı veya aşağı kuarklardan çok daha ağırdır. Vrije Universiteit Amsterdam’dan teorik fizikçi Juan Rojo, akıllara durgunluk verecek şekilde, “protonun kendisinden daha ağır olan bir proton bileşenine sahip olabilirsiniz” diyor.
Rojo ve meslektaşları, protonun varsayımsal çekiciliğini ortaya çıkarma umuduyla çeşitli deneysel sonuçları ve teorik hesaplamaları birleştirdi. Rojo, bu özelliği ölçmenin evrendeki en önemli parçacıklardan birini tam olarak anlamanın anahtarı olduğunu söylüyor.
Fizikçiler, bir protonu ne kadar derinlemesine incelerseniz, o kadar karmaşık göründüğünü bilirler. Cenevre yakınlarındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı veya LHC gibi parçacık hızlandırıcılarındaki çarpışmalarda olduğu gibi, çok yüksek enerjilerde gözlemlendiğinde, protonlar rengarenk bir geçici kuark ekibi ve onların antimadde karşılıkları olan antikuarklar içerir. Bu tür “dışsal” kuarklar, kuarkları protonların içinde “yapıştırmaya” yardımcı olan parçacıklar olan gluonların kuark-antikuark çiftlerine ayrılmasıyla oluşur.
Dışsal kuarklar, protonun kimliği için temel değildir. Bunlar sadece gluonların yüksek enerjilerde nasıl davrandıklarının bir sonucudur. Ancak tılsım kuarkları, düşük enerjilerde bile protonların içinde daha kalıcı, derinlere yerleşmiş bir biçimde var olabilir.
Kuantum fiziğinde parçacıklar, ölçülene kadar kesin bir hal almazlar bunun yerine olasılıklarla tanımlanırlar. Protonlar içsel çekicilik içeriyorsa, bir proton içinde yalnızca iki yukarı kuark ve bir aşağı kuark değil, aynı zamanda bir tılsım kuarkı ve antikuark bulma olasılığı da düşük olacaktır. Protonlar, tek tek parçacıkların iyi tanımlanmış toplulukları olmadığından, bir protonun kütlesi, parçalarının basit bir toplamı değildir. Küçük olasılık, tılsım kuark ve antikuarkın tam kütlesinin protonun ağırlığına eklenmediği anlamına gelir, bu da protonun kendisinden daha ağır parçacıkları nasıl içerebileceğini açıklar.
LHC ve diğer parçacık hızlandırıcılarındaki deneylerden elde edilen binlerce ölçümü teorik hesaplamalarla bir araya getiren ekip, 3 sigma adı verilen istatistiksel bir düzeyde protondaki içsel çekiciliğe dair kanıt buldu. Araştırmacılar, içsel çekicilik kuarklarının bir protonun momentumunun yaklaşık yüzde 0,6’sını taşıdığını bildiriyor.
Ancak kesin bir sonuç için tipik olarak 5 sigma gereklidir. California’daki Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda teorik fizikçi olan Ramona Vogt, Nature için çalışma üzerine bir perspektif parçası yazan Ramona Vogt, “Veriler ve analizler henüz.
Dahası, “içsel çekicilik” ile ne kastedildiğini tanımlamak kolay değildir ve yeni bulgunun farklı gruplardan daha önceki sonuçlarla karşılaştırılmasını zorlaştırır. Newport News, Va’daki Jefferson Lab’den teorik fizikçi Wally Melnitchouk, “Önceki çalışmalar, kısmen farklı tanımlar ve şemalar kullandıkları için içsel çekicilik üzerinde farklı sınırlar buldu” diyor.
Özellikle, yeni analiz, 25 Şubat Fiziksel İnceleme Mektuplarında protondaki içsel cazibe ile potansiyel olarak tutarlı ölçümler bildiren LHCb iş birliğinden elde edilen sonuçları içermektedir. Teorik fizikçi C.-P, bu verilerin analize dahil edilmesinin “gerçekten yeni olan” olduğunu söylüyor. East Lansing’deki Michigan Eyalet Üniversitesi’nden Yuan. Ancak Yuan’ın verileri yorumlamak için kullanılan hesaplama türü konusunda çekinceleri var. “Bugün en son teknoloji analiz dediğimiz şeyde yapılmadı.”
Bilim adamlarının, LHC’deki ve protonları bir araya getiren diğer tesislerdeki sonuçları daha iyi anlamak ve ne olduğunu gözlemlemek için protonun içsel çekicilik içeriğini belirlemesi gerekiyor. Araştırmacılar çarpıştıkları nesnelerin içini ve dışını ölçebilmelidir.
Batavia, Illinois’deki Fermilab’dan teorik fizikçi Tim Hobbs, planlanan Elektron-İyon Çarpıştırıcısı gibi gelecekteki hızlandırıcılardan elde edilen verilerin yardımcı olabileceğini söylüyor. Şimdilik, proton gizemli kalıyor. “Sorun hala bizimle; çok zorlu olmaya devam ediyor.”
Yazan: İlknur YEŞİLYURT
Kaynak
NNPDF İş birliği. Protondaki içsel çekicilik kuarklarının kanıtı. Doğa. Cilt 608, 18 Ağustos 2022, s. 483.
LHCb İş birliği. Ön bölgede tılsım ile bağlantılı olarak üretilen Z bozonlarının incelenmesi. Fiziksel İnceleme Mektupları. Cilt 128, 25 Şubat 2022, s. 082001.
Vogt. Sonunda protonun içsel bir çekiciliğe sahip olduğuna dair kanıt. Doğa. Cilt 608, 18 Ağustos 2022, s. 477.