Erken evrendeki maddenin kökenine dair şaşırtıcı bilgiler

Bir sanatçının iki ağır atomun çarpışması sonucu ortaya çıkan parçacık spreyini gösteren çizimi. Sıcak atomaltı çorba soğudukça yeni oluşan parçacıklar uzaya düşer. Telif hakkı: Joseph Domenicus Lapp, editör

Bilim insanları, erken evrenin aşırı koşullarını parçacık hızlandırıcılarda yeniden yaratarak maddenin oluşumuna dair şaşırtıcı bilgiler ortaya çıkardı.

Yeni hesaplamalar, bazı parçacıkların %70’e kadarının, reaksiyonun hemen ardından oluşan ilk kuark-gluon çorbasından ziyade daha sonraki reaksiyonlardan kaynaklanabileceğini gösteriyor. Büyük patlamaBu keşif, madde oluşumunun zaman çizelgesine ilişkin önceki varsayımlara meydan okuyor ve bizi çevreleyen maddenin çoğunun beklenenden daha sonra oluştuğunu öne sürüyor. Bilim insanları bu süreçleri anlayarak çarpışma deneylerinin sonuçlarını daha iyi yorumlayabilir ve evrenin kökenine ilişkin bilgilerini geliştirebilirler.

Erken evrende hüküm süren zorlu koşulları yeniden yaratmak

Erken evrenin sıcaklığı, Güneş’in çekirdeğinin sıcaklığından 250.000 kat daha sıcaktı. Bu, günlük hayatımızda gördüğümüz maddeyi oluşturan proton ve nötronlardan çok daha yüksektir. Bilim insanları, atomları ışık hızına yaklaşan bir hızla çarpıştırarak, parçacık hızlandırıcılarda evrenin erken dönemlerindeki koşulları yeniden yaratmaya çalışıyor. Evrene yağan parçacıkların miktarının ölçülmesi, bilim adamlarının maddenin nasıl oluştuğunu anlamalarını sağlar.

Bilim adamlarının ölçtüğü parçacıklar farklı şekillerde oluşabilir: orijinal kuark ve gluon çorbasından veya daha sonraki etkileşimlerden. Bu sonraki etkileşimler, Büyük Patlama’dan 0,000001 saniye sonra, kuarklardan oluşan bileşik parçacıkların birbirleriyle etkileşime girmesiyle başladı. Yeni bir hesaplama, ölçülen parçacıkların bazılarının %70’e kadarının, erken evrende meydana gelenlere benzer etkileşimlerden ziyade, bu sonraki etkileşimlerden geldiğini buldu.

Maddenin kökenini anlamak

Bu keşif, maddenin kökenine ilişkin bilimsel anlayışı geliştirmektedir. Evren genişledikçe daha sonraki etkileşimlerden oluşan madde miktarıyla karşılaştırıldığında, etrafımızdaki maddenin ne kadarının Büyük Patlama’dan sonraki saniyenin ilk birkaç kesirinde oluştuğunu belirlemeye yardımcı olur. Bu sonuç, etrafımızdaki maddenin büyük miktarının beklenenden daha geç oluştuğunu gösteriyor.

Çarpışma deneylerinin sonuçlarını anlamak için bilim adamlarının sonraki etkileşimlerde oluşan parçacıkları elemesi gerekiyor. Yalnızca atom altı çorbada oluşanlar evrenin erken dönem koşullarını ortaya koyuyor. Bu yeni hesaplama, reaksiyonlarda oluşan parçacıkların ölçülen sayısının beklenenden çok daha yüksek olduğunu gösteriyor.

Parçacık oluşumunda sonraki reaksiyonların önemi

1990’larda fizikçiler, bazı parçacıkların, evrenin ilk oluşumundan sonraki etkileşimler sonucunda çok sayıda oluştuğunu fark ettiler. D mezonları adı verilen parçacıklar, nadir bir parçacık olan karmonyum oluşturmak üzere etkileşime girebilir. Bilim adamları bu etkinin ne kadar önemli olduğu konusunda hemfikir değiller. Karmonyum nadir olduğundan ölçülmesi zordur.

Ancak son deneyler, karmonyum ve D mezonlarının ürettiği çarpışmaların sayısı hakkında veri sağlıyor. Yale Üniversitesi Duke Üniversitesi bu etkinin gücünü hesaplamak için yeni verileri kullandı. Öneminin beklenenden çok daha büyük olduğu ortaya çıktı. Ölçülen karmonyumun %70’inden fazlası reaksiyonlarda oluşabilmektedir.

Maddenin kökenini anlamaya yönelik çıkarımlar

Atom altı parçacıklardan oluşan sıcak çorba soğudukça genişleyerek bir ateş topuna dönüşüyor. Bütün bunlar, ışığın geçmesi için gereken sürenin yüzde birinden daha kısa bir sürede gerçekleşir. MısırÇok hızlı olduğu için bilim insanları ateş topunun nasıl genişlediğinden tam olarak emin değiller.

Yeni hesaplamalar, bilim adamlarının bu genişlemenin ayrıntılarını bilmesine gerek olmadığını gösteriyor. Ancak çarpışmalar büyük miktarda karmonyum üretir. Yeni sonuç, bilim adamlarını maddenin kökenini anlamaya bir adım daha yaklaştırıyor.

Referans: Josef Dominicus Lapp ve Bernt Müller tarafından yazılan “Pb+Pb Çarpışmalarında J/ψ Hadron Rejenerasyonu”, 11 Ekim 2023, Harflerin fiziği b.
doi: 10.1016/j.physletb.2023.138246

Bu çalışma Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi Nükleer Fizik Programı tarafından desteklenmiştir. Araştırmacılardan biri ayrıca Yale Üniversitesi’nde kaldığı süre boyunca sağlanan misafirperverlik ve maddi destek için teşekkürlerini ifade ediyor.