Egzotik Atom Çekirdeği Kuarkların Dünyasına Işık Tutuyor

Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN)'de ve Finlandiya'nın Jyväskylä kentindeki Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda yapılan deneyler, egzotik bir alüminyum çekirdeğinin (26 m Al) yarıçapının önceden düşünülenden çok daha büyük olduğunu ortaya çıkardı.

CERN tarafından yapılan açıklamada; Physical Review Letters dergisinde yakın zamanda yayınlanan bir makalenin sonuçları değerlendirilmektedir. Makalede açıklanan sonuç, zayıf kuvvetin kuarklar (protonları, nötronları ve diğer bileşik parçacıkları oluşturan temel parçacıklar) üzerindeki etkilerine ışık tutuyor.

Doğanın bilinen dört temel kuvvetinden (elektromanyetik kuvvet, güçlü kuvvet, zayıf kuvvet ve yerçekimi) zayıf kuvvet, belli bir olasılıkla, bir kuarkın “ tadını ” değiştirebilir. Tüm parçacıkları ve bunların birbirleriyle etkileşimlerini tanımlayan Parçacık Fiziğinin Standart Modeli, bu olasılığın değerini tahmin etmez, ancak belirli bir kuark çeşidi için tüm olası olasılıkların toplamının tam olarak 1 olacağını tahmin eder. Olasılık toplamı, Standart Modeli test etmek ve yeni fizik aramak için bir yol sunar: Olasılık toplamının 1'den farklı olduğu bulunursa, bu, Standart Modelin ötesinde yeni fizik anlamına gelir.

İlginçtir ki, yukarı kuarkı içeren olasılık toplamı şu anda beklenen birlik ile görünür bir gerilim içindedir, ancak gerilimin gücü altta yatan teorik hesaplamalara bağlıdır. Bu toplam, aşağı kuarkın, garip kuarkın ve alt kuarkın yukarı kuarka dönüşme olasılıklarını içerir.

Bu olasılıklardan ilki, bir atom çekirdeğinin beta bozunumunda kendini gösterir; burada bir nötron (bir yukarı kuark ve iki aşağı kuarktan oluşur) bir protona (iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşur) veya tam tersi olur. Ancak beta bozunumuna uğrayan atom çekirdeğinin karmaşık yapısından dolayı bu olasılığın kesin olarak belirlenmesi genellikle mümkün değildir. Bu nedenle araştırmacılar, olasılığı belirlemek için nükleer yapının etkilerine daha az duyarlı olan beta bozunmalarının bir alt kümesine yöneliyorlar. Bu tür "süper izin verilen" beta bozunmalarını karakterize etmek için gereken çeşitli nicelikler arasında, bozunan çekirdeğin (yük) yarıçapı da vardır.

Süper izin verilen beta bozunumuna uğrayan 26 m Al çekirdeğinin yarıçapına ilişkin yeni sonuç burada devreye giriyor. Sonuç, CERN'in ISOLDE tesisinde ve Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın IGISOL tesisinde yürütülen deneylerde 26mAl çekirdeğin lazer ışığına tepkisinin ölçülmesiyle elde edildi. ISOLDE ve IGISOL veri kümelerinin ağırlıklı ortalaması olan yeni yarıçap, tahmin edilenden çok daha büyüktür ve sonuç, yukarı kuarkı içeren olasılık toplamındaki mevcut görünür gerilimin zayıflamasıdır. ISOLDE fizikçisi ve makalenin başyazarı Peter Plattner, "Süper izin verilen beta bozunmalarına maruz kalan diğer çekirdeklerin yük yarıçapları daha önce ISOLDE ve diğer tesislerde ölçülmüştü ve IGISOL'de 54 Co'nun yarıçapını belirleme çabaları sürüyor" diye açıklıyor. "Fakat 26m Al oldukça benzersiz bir durum; her ne kadar bu tür çekirdekler arasında en hassas şekilde incelenmiş olsa da yarıçapı şimdiye kadar bilinmiyordu ve ortaya çıktığı üzere, bu tür çekirdeklerin aşağı kuarkın yukarı kuarka dönüşme olasılığının hesaplanmasında varsayılandan çok daha büyüktür.”

CERN teorisyeni Andreas Juttner, "Kuarkların lezzet değiştirme olasılıklarına dayalı olanlar da dahil olmak üzere, Standart Modelin ötesindeki yeni fizik arayışları genellikle yüksek hassasiyetli bir oyundur" diyor. "Bu sonuç, ilgili tüm deneysel ve teorik sonuçların mümkün olan her şekilde incelenmesinin öneminin altını çiziyor."

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki LHCb deneyi de dahil olmak üzere dünya çapında geçmiş ve mevcut parçacık fiziği deneyleri, bir kuark çeşidinin çeşitli olasılıklarının belirlenmesi yoluyla, zayıf kuvvetin kuarklar üzerindeki etkilerine ilişkin bilgimize önemli ölçüde katkıda bulunmuştur ve katkıda bulunmaya devam etmektedir. Bununla birlikte, aşırı izin verilen beta bozunumları üzerindeki nükleer fizik deneyleri şu anda aşağı kuarkın yukarı kuarka dönüşme olasılığını belirlemenin en iyi yolunu sunuyor ve bu durum öngörülebilir gelecekte de geçerli kalabilir.

Kaynak

CERN

Resim: CERN

Makale

 CERN Hakkında

Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü CERN, parçacık fiziği alanında dünyanın önde gelen laboratuvarlarından biridir. Örgüt, Fransa-İsviçre sınırında yer almakta olup genel merkezi Cenevre'dedir. Üye Devletleri şunlardır: Avusturya, Belçika, Bulgaristan, Çek Cumhuriyeti, Danimarka, Finlandiya, Fransa, Almanya, Yunanistan, Macaristan, İsrail, İtalya, Hollanda, Norveç, Polonya, Portekiz, Romanya, Sırbistan, Slovakya, İspanya, İsveç, İsviçre ve Birleşik Krallık. Kıbrıs, Estonya ve Slovenya, Üyeliğin ön aşamasındaki Ortak Üye Devletlerdir. Hırvatistan, Hindistan, Letonya, Litvanya, Pakistan, Türkiye ve Ukrayna Ortak Üye Devletlerdir. Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri, Avrupa Birliği ve UNESCO gibi şu anda Gözlemci statüsüne sahiptir. Rusya Federasyonu'nun ve JINR'nin Gözlemci statüsü, sırasıyla 8 Mart 2022 ve 25 Mart 2022 tarihli CERN Konsey Kararları uyarınca askıya alınmıştır.

www.home.cern