Bilim dünyası, evrenin en ağır kuarkı olan top kuarkların ilk kez kurşun çekirdeklerinin çarpışmasından doğan parçacık enkazında izine rastladı. Bu çarpıcı gözlem, Büyük Patlama’nın hemen ardından oluştuğu düşünülen quark-gluon plazmasına dair merak edilen birçok soruya ışık tutabilir.
Top kuarklar neden önemli?
Top kuark, doğadaki altı temel kuark türü arasında en ağır olanı... Ancak ağırlığının yanında bir diğer özelliğiyle dikkat çekiyor. Yaşam süresi çok kısa. Saniyenin 10^-25'i gibi inanılmaz bir sürede yok oluyor. Bu da onun parçacık fiziğinde incelenmesini zorlaştırıyor. Fakat aynı zamanda da evrenin erken dönemini anlamak için eşsiz bir pencere sunuyor.
Çarpışma ne zaman ve nasıl gerçekleşti?
Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) bünyesindeki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC)'nda, iki kurşun çekirdeği yüksek hızla çarpıştırıldı. Bu tür çarpışmalar, quark-gluon plazması adı verilen aşırı sıcak ve yoğun bir madde durumunu geçici olarak oluşturuyor. İşte bu “kozmik çorbanın” içinden ilk kez bir top kuark çifti gözlemlendi.
Gözlem nasıl yapıldı?
Top kuarklar doğrudan gözlemlenemiyor çünkü çarpışma sonrası neredeyse anında bozunuyorlar (Bozunmakya da parçacık bozunması, kararsız (stabil olmayan) bir parçacığın çok kısa bir süre içinde başka parçacıklara dönüşmesi demektir.) Bilim insanları, onların izini bozunma ürünlerinden sürebiliyor. ATLAS deney grubu, bu gözlemde dilepton bozunma kanalı olarak bilinen yolu kullandı. Bu süreçte top kuark, alt kuarka ve W bozonuna; W bozonu ise nötrino ve bir elektron ya da müona dönüşüyor. Bu zincir, top kuarkların izini sürmeyi mümkün kıldı.
Bu keşif neden önemli?
Şimdiye dek top kuark çifti yalnızca proton-kurşun çarpışmaları gibi daha basit senaryolarda gözlemlenebilmişti. Bu son gözlem ise iki ağır çekirdeğin çarpışmasında top kuarkların da üretilebildiğini net olarak gösterdi. Üstelik, 5.03 sigma düzeyinde bir istatistiksel anlamlılıkla elde edildi – bu, fiziksel keşiflerde eşiği aşan bir güven düzeyidir.
Evrenin başlangıcına dair ne söylüyor?
Bu gözlem, Büyük Patlama'dan hemen sonraki anlarda evrenin tüm kuark tatlarının var olduğuna dair güçlü bir kanıt sunuyor. Araştırmacılar, bu sonucun evrenin ilk anlarında var olan quark-gluon plazmasının yapısı hakkında yepyeni bilgiler sağlayabileceğini belirtiyor. Artık top kuarklar üzerinden bu plazmanın doğasını incelemek mümkün olabilecek.
