Fizik

Nükleer Fizikte Dönüm Noktası

Yazan: Andreas Battenberg

ÇevirenDerleyen: İbrahim Öksüz

Düzenleyen: Betül Şevval Yazıcı

Özet: CERN’deki ALICE deneyinde yürütülen çalışmalar proton ve hiperonlar arasındaki güçlü etkileşimin hassas ölçümüne olanak sağladı. Elde edilen bulguların nötron yıldızlarının iç yapısına dair bilgiler vermesi bekleniyor.

Atom çekirdekleri içerisindeki pozitif yüklü protonlar aslında birbirini iterler fakat yine de birçok proton ve nötrondan oluşan ağır çekirdekler bir arada kalırlar. “Güçlü etkileşim” olarak adlandırılan etki bundan sorumludur. Münih Teknik Üniversitesindeki (TUM) Profesör Laura Fabbietti ve araştırma grubu, CERN’deki ALICE (Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi) deneyinde parçacık çarpışmalarından yararlanarak güçlü etkileşimi daha hassas bir şekilde ölçmek için yeni bir yöntem geliştirdi.

Güçlü etkileşim fizikteki dört temel kuvvetten biri olup birkaç proton ve nötrondan oluşan atom çekirdeğinin varlığından sorumludur. Protonlar ve nötronlar kuark olarak adlandırılan daha küçük parçacıklardan oluşmuştur ve bunlar da güçlü etkileşim sayesinde bir arada kalırlar.

CERN’deki deneyinin bir parçası olarak Münih Teknik Üniversitesindeki (TUM) Profesör Laura Fabbietti ve araştırma grubu protonlar ve garip kuarklar içeren ve kararsız parçacıklar olan hiperonlar arasında etkili olan kuvvetleri yüksek duyarlılıkla belirleyebilecekleri bir yöntem geliştirdiler.

Ölçümler sadece nükleer fizik alanında çığır açıcı değil aynı zamanda evrendeki en esrarengiz ve büyüleyici cisimlerden olan nötron yıldızlarının anlaşılmasında da anahtar rol oynuyor.

Deney ve Kuram Arasında Karşılaştırma

Bugün nükleer fizikteki en büyük zorluklardan biri, farklı kuark içeriğine sahip parçacıklar arasındaki güçlü etkileşimi elimizdeki kuramın yetersiz açıklamalarıyla anlamaya çalışmaktır. Kuram; söz konusu parçacıkların temel bileşenleri olan kuarklar ve gluonlar arasındaki güçlü etkileşimi ve bu etkileşim ile kuvvetin taşınmasının nasıl olası olduğunu açıklamaktadır.

Güçlü etkileşim kuramı standart modelin öngördüğü kuark ve gluon içeren yapılar arasındaki etkileşimin gücünü belirlemek için kullanılabilir.  Bununla birlikte bu hesaplamalar bir veya daha fazla garip kuark içeren hiperon gibi ağır kuark barındıran nükleonlar için güvenilir öngörüler sağlarken yukarı ve aşağı kuark içeren normal nükleonlar için sağlamaz.

Güçlü etkileşimi belirlemek için yapılan deneyler hiperonların kararsız olmaları yani üretilmelerinin ardından hızlıca bozunmalarından dolayı son derece zordur.  Bu zorluk kuram ile deney arasındaki anlamlı karşılaştırmayı şu ana kadar önledi. Şimdi ise Profesör Laura Fabbietti tarafından uygulanan yöntem Büyük Hadron Çarpıştırıcısında (LHC) güçlü kuvvetin dinamiklerinin yüksek duyarlıklı çalışmaları için bir kapı aralıyor.

En Nadir Hiperon İçin Bile Güçlü Kuvvetin Ölçümü

Dört yıl önce, Münih Teknik Üniversitesinde (TUM) Yoğun ve Garip Madde profesörü olan Profesör Fabbietti, ALICE deneyinde güçlü etkileşimi çalışmak için “femtoskopy” adında bir tekniği kullanmayı önerdi. Söz konusu teknik bir protonun yaklaşık boyutu ve güçlü kuvvetin uzaysal etki erimi olan 1 femtometreye (10−15 metre) yakın uzaysal ölçekleri incelemeye imkân veriyor.

CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki ALICE algıcından elde edilen çarpışma verileri kullanılarak bir protonla (sağ) üç garip kuark içeren en nadir hiperon olan omega hiperonu (sol) arasındaki güçlü etkileşim yüksek duyarlılıkla başarılı bir şekilde ölçüldü. (Kaynak: D. Dominguez / CERN)

Bu arada TUM’daki Profesör Fabietti’nin grubu sadece hiperon-nükleon birleşimlerinin birçoğu için deneysel verileri çözümlemekle kalmadılar aynı zamanda üç garip kuarktan oluşan bütün hiperonlar içinde en nadir olan omega hiperonu için güçlü etkileşimi ölçmede de başarılı oldular. Dahası grup aynı zamanda kuramsal öngörüler üretebileceği kendi sistemini geliştirdi.

“TUM grubum LHC’de nükleer fizikçiler için tüm türden kuarkları içeren şu ana kadar hiç kimsenin bakmadığı bir yerde beklenmedik bir hassasiyete ulaşan yeni bir yol açtı.” diyor Profesör Fabbietti, Nature’da yayımlanan çalışma ilk kez ölçülmüş birçok etkileşimin sadece bazılarını sunuyor.

Nötron Yıldızları Hiperon İçerir mi?

Hiperonlar ve nükleonlar arasındaki etkileşimin anlaşılması nötron yıldızlarının hiperon içerip içermediği ile ilgili hipotezi test etmek açısından da oldukça önemli. Bu parçacıklar arasında var olan kuvvetler bir nötron yıldızının boyutu üzerinde doğrudan bir etkiye sahip.

Şu ana kadar bir nötron yıldızının yarı çapı ve kütlesi arasındaki ilişki bilinmez kalmıştır. Bu yüzden, gelecekte Profesör Fabbietti’nin çalışması nötron yıldızlarının bu sırrını çözme konusunda yardımcı olacaktır. 

Via
https://www.tum.de/nc/en/about-tum/news/press-releases/details/36351/

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button