Maddenin temel yapısındaki gizem çözülüyor

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı araştırmacıları, maddenin temel kimliğini belirleyen yapının sanılanın aksine kuarklar değil, onları bir arada tutan gluon bağlantıları olduğunu gösteren güçlü deneysel kanıtlara ulaştı.
 
Bilim dünyasında elli yıldır süregelen ve maddenin kararlı yapısını anlamayı amaçlayan temel bir tartışmada önemli bir dönüm noktasına gelindi. Science dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, atom altı parçacıkların kimliğini ve maddesel varlığını belirleyen temel özelliğin, bugüne kadar kabul gören geleneksel modelden farklı işlediğini ortaya koydu.
 
Evrendeki tüm sistemler ve parçacıklar kendiliğinden daha düşük enerji seviyelerine doğru hareket etme eğilimi gösterir. Kuarklardan oluşan en hafif baryon türü olan protonlar da bu enerji piramidinin en altında yer alır ve günümüze kadar hiçbir protonun bozunduğu gözlemlenmedi. Ancak yayımlanan bu yeni araştırma, protonun temel özelliklerinden birinin sanılandan farklı çalışabileceğini göstererek, maddelerin nasıl bir arada durduğuna dair onlarca yıllık bir soruya ışık tutuyor.
 
Protonların dayanıklı yapısı, maddeyi antimaddeden ayırmaya yarayan ve "baryon sayısı" adı verilen temel bir kimlik özelliğiyle açıklanıyor. Fizikçiler uzun zamandır bu özelliğin, protonu oluşturan üç temel parçacık (değerlik kuarkları) tarafından taşındığını kabul ediyordu. Ancak Science dergisinde yayımlanan çalışma, bu geleneksel kabulü sarsan en güçlü deneysel kanıtları sundu.
 
1970'lerde ortaya atılan alternatif bir teoriye göre bu özellik, kuarkların kendisinde değil; onları bir arada tutan kütlesiz yapıştırıcı parçacıkların (gluonların) merkezde oluşturduğu Y şeklindeki bir bağlantı noktasında (baryon kavşağı) bulunuyor. Ancak bu Y şeklindeki merkezin uçları doğrudan kuarklara bağlı olduğu için, deneysel olarak hangisinin bu görevi üstlendiğini ayırt etmek bugüne kadar mümkün olmamıştı.
 
STAR İşbirliği bünyesindeki araştırmacılar, New York'taki Relatifistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı'nda (RHIC) atom altı parçacıkları neredeyse ışık hızında çarpıştırarak iki ana deney gerçekleştirdi.
 
1 - Çekirdek çarpışmaları (İzobar deneyi): Rutenyum ve zirkonyum atomlarının çekirdekleri çarpıştırıldı. Kuarklar elektrik yükü taşırken, merkezdeki Y şeklindeki bağlantı noktası tamamen nötrdür (yüksüzdür). Deneyde, baryon özelliğinin çarpışma ortamında elektrik yüküne göre daha uzağa ilerleyebildiği görüldü. Bu da söz konusu özelliğin elektrikle yüklü kuarklar yerine, yavaşlamadan ilerleyen bu "merkez bağlantı noktası" tarafından taşındığını gösterdi.
 
2 - Işık ve çekirdek çarpışmaları (Fotonükleer deney): Işık hızına yakın hareket eden altın atomlarının etrafında oluşan fotonlar (ışık parçacıkları) ile altın çekirdekleri çarpıştırıldı. Işık parçacıklarının baryon sayısı sıfır olduğundan, çarpışma sonrasında ortaya çıkan tüm baryon değerlerinin doğrudan altın çekirdeğinden geldiği kesin olarak doğrulandı.
 
Her iki deneyden çıkan sonuçlar da geleneksel "üçlü kuark" modelini zayıflatırken, merkezdeki Y-bağlantısını esas alan teorik simülasyonları doğruladı.
 
Mississippi State Üniversitesi'nden fizikçi Wenliang Li, çalışmaya ilişkin değerlendirmesinde, bu bulguların yapıştırıcı gluonların rolünü güçlü bir şekilde desteklediğini belirtti. Li, bu taşıma mekanizmasının tam olarak çözülmesinin; atom altı parçacıkların kararlı maddeyi nasıl oluşturduğunu ve evrende maddenin neden antimaddeden daha fazla olduğunu anlamaya yardımcı olabileceğini vurguladı. Maddenin temel yapısının anlaşılması, evrenin oluşumu sırasında madde ile antimadde arasında meydana gelen ve bugün yıldızların, gezegenlerin ve canlıların var olmasını sağlayan temel dengesizliğin aydınlatılmasına da katkı sağlayacak. Araştırmacılar, geliştirilmekte olan yeni nesil Elektron-İyon Çarpıştırıcısı ile yapılacak deneylerin bu mekanizmayı tüm ayrıntılarıyla doğrulamayı hedeflediğini ifade ediyor.