CERN’den Çığır Açan Araştırma: Oksijen Atomları ile Evrenin Gizemleri Açıktandı

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN)’nde bilim insanları, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) oksijen atomlarını çarpıştırarak, daha önce incelenen en küçük nükleer sistemde bile görülebilen “parçacık enerji kaybı” veya “doğrudan jet söndürmesi” olayını gözlemledi. Bu keşif, Big Bang’den sonraki ilk anları anlamak için önemli bir adım.

LHC deneylerinin temel amacı, atom altı parçacıkları daha iyi anlamak ve evrenin nasıl oluştuğu hakkında bilgi edinmek olsa da, bu özel deney doğrudan Big Bang’i yeniden yaratmaya yönelik değildi. Bilim insanlarının asıl hedefi, protonlar ve nötronların henüz oluşmadığı, maddenin kuarklar ve gluonlardan oluşan bir plazma halinde bulunduğu ilk mikrosaniyelerdeki durumu anlamaktı.

Bu kuark-gluon plazması, nükleer füzyon reaksiyonlarında kullanılan plazmadan farklıdır. Nükleer füzyonda pozitif yüklü atomlar ve negatif yüklü elektronlar bir arada bulunur. Ancak kuark-gluon plazması, hadronların bileşenlerinden ve onları bağlayan nükleer kuvvetten oluşan bir karışımdır.

Önceki çalışmalar, Big Bang’den yaklaşık bir milyon yıl sonra, sıcaklıklar hala aşırı yüksek olmasına rağmen, maddenin gaz gibi değil, çok düşük viskoziteye sahip bir sıvı gibi davrandığını göstermiştir.

CERN bilim insanları, kuark-gluon plazmasını incelemek için ağır çekirdekler olan kurşun atomlarını çarpıştırarak bu plazmayı oluşturdu. 208 proton ve nötrondan oluşan bir çekirdekle, bilim insanları plazma damlaları yarattı ve bu şiddetli çarpışmalar sonucunda yüksek enerjili bir kuark veya gluon parçacığı ortaya çıktı.

Bu tür parçacıklara parton denir ve genellikle doğrudan bir detektöre ulaşamazlar. Ancak kuark-gluon plazmasından çıkarken, normal parçacıkların dar bir spreyine dönüşürler; bu olaya da “parçacık enerji kaybı” veya “jet söndürmesi” adı verilir. Proton-proton çarpışmalarıyla gluon-kuark plazması oluşturmaya yönelik önceki çalışmalar, parçacıklarda kolektif davranışlar göstermiştir ancak doğrudan bir enerji kaybı belirtisi gözlenmemiştir.

Bu nedenle CERN’deki araştırmacılar, geçen yıl Temmuz ayında yeni bir dizi deney başlatarak plazmayı oksijen-oksijen ve neon-neon çarpışmalarıyla oluşturmaya çalıştılar.

Ön baskı sunucusunda yayınlanan sonuçlarda, CERN araştırmacıları, oksijen-oksijen çarpışmalarının bile herhangi bir enerji kaybına neden olup olmadığını anlamaya çalışıyorlardı. Bu, daha önce incelenen en küçük nükleer sistemlerde gözlemlenen bu tür olayların varlığını doğrulamak için önemliydi.

LHC’deki dokuz detektörden biri olan Large Ion Collider Experiment (ALICE) kullanılarak yapılan ölçümlerde, araştırmacılar atom çekirdeği içindeki nükleer kuvveti taşıyan nötr pionların üretiminin oksijen-oksijen çarpışmalarında da kurşun-kurşun çarpışmalarında olduğu gibi baskılandığını tespit ettiler.

Bu sonuçlar, daha önce proton-proton çarpışmalarında gözlemlenmeyen bu tür olayların en küçük sistemlerde bile görülebileceğini gösteriyor. Ancak bu, parton enerji kaybının en küçük sistemde gerçekleştiği anlamına gelmiyor; daha küçük sistemlerde de bu tür etkiler gözlemlenebilir.

Önceki çalışmalar, kuarklar ve gluonların yalnızca yüksek sıcaklıklarda “bağlanmadığı” (dekonfine olduğu) gösterilmişti. Bu yeni ölçümler ise parçacıkların hala güçlü bir kolektif hareket sergilediğini, dolayısıyla daha çok bir sıvı gibi davrandığını ortaya koyuyor.

Plazmanın akışı da ek bir test olarak kullanılabilir. Kolektif akış, jet söndürmesinin kolayca ölçülemediği sistemlerde bile parton enerji kaybının varlığını gösterebilir. Bu alandaki ek veriler, hem boyutun hem de parçacık sayısının arttığı durumlarda her iki etkinin de nasıl ortaya çıktığını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir.

Araştırma sonuçları arXiv platformunda yayınlanmıştır.