Parçacıklar ne kadar nadir etkileşir

Uzaydaki koşullar genellikle Dünya’dakinden çok daha aşırıdır. Örneğin, nötron yıldızlarındaki madde, dünyevi maddeden çok daha yoğun bir şekilde paketlenmiştir. Bu tür yıldızlar kısmen hiperon denen şeylerden – Dünya’da doğal olarak oluşmayan kararsız parçacıklardan oluşabilir. Münih Teknik Üniversitesi’nden Laura Fabbietti ve meslektaşları şimdi bu hiperonların diğer parçacıklarla nasıl etkileşime girdiğini araştırmayı başardılar. Welt der Physik ile yapılan bir röportajda fizikçi, parçacıkların CERN araştırma merkezindeki ALICE deneyi kullanılarak nasıl üretilebileceğini ve onlardan nötron yıldızları hakkında neler öğrenilebileceğini bildiriyor.

WdP: Özellikle hangi parçacıklarla ilgileniyorsunuz?

Laura Fabbietti: Atom çekirdeğinin bileşenlerine, yani proton ve nötronlara benzeyen parçacıkları araştırıyorum. Bu çekirdek bileşenlerin heyecan verici yanı, daha küçük parçacıklardan – sözde kuarklardan – oluşmalarıdır. Protonlar ve nötronların her biri üç kuarktan oluşur. Bununla birlikte, kütleleri gibi özelliklerinde farklılık gösteren toplam altı farklı kuark vardır. Ve hangi türden kaç tane kuarkın bir araya geldiğine bağlı olarak, çok farklı parçacıklar yaratılır.

Tüm olası kuark kombinasyonları gerçekten doğada mı meydana geliyor?

Yeryüzündeki yaşamımızda sadece yukarı ve aşağı ışık kuarklarından oluşan protonlar ve nötronlar rol oynar. Ancak tuhaf kuark gibi daha ağır kuarkları da içeren parçacıkların olması gerektiği uzun zamandır biliniyordu. En az bir garip kuark içeren sözde hiperonlar 1950’lerin başlarında tespit edildi. Bununla birlikte, çok kararsızdırlar ve karasal koşullar altında çok kısa sürede daha hafif parçacıklara ayrışırlar.

Dünyada doğal olarak oluşmazlarsa, bu parçacıklar nerede bulunur?

Evrendeki belirli alanlarda, aslında bir rol oynayabilirler. Örneğin, nötron yıldızlarındaki madde çok güçlü bir şekilde sıkıştırılmıştır. Nötron yıldızları esas olarak nötronlardan oluşur ve tipik olarak sadece birkaç kilometrelik bir yarıçapa sahiptir. Karşılaştırma için: Güneşimizin çapı bir milyon kilometreden fazladır. Nötron yıldızları çok daha küçük olmalarına rağmen, Güneş’in iki katı kütleye ulaşabilirler. Sonuç olarak, bir nötron yıldızında son derece yüksek bir basınç vardır.

Büyük bir salonun yukarıdan görünümü. Salonun ortasında, görünen ucunda iki açık kapı bulunan çok büyük, boru şeklinde, altıgen çelik bir yapı var. İçeride çok sayıda kablo ve tel geçmektedir.
ALICE deneyine bakın

Ve bu yüksek basıncın hiperonlarla ne ilgisi var?

Araştırmacılar, bu aşırı basınçlarda hiperonların ortaya çıkabileceğini zaten hesapladılar. Nötron yıldızlarının da hiperonlardan oluşması gerçeği, şimdiye kadar, hiperonların nötronlarla etkileşimine de bağlı olan tek bir hipotezdir. Ancak bu konu hakkında şimdiye kadar çok az şey biliniyor. Bunu daha yakından incelemek için, meslektaşlarım ve ben, bu tür hiperonlar oluşturmak ve çekirdek bileşenlerle nasıl etkileşime girdiklerini ölçmek için CERN araştırma merkezinde LHC parçacık hızlandırıcısını kullandık.

Bu kararsız parçacıklar nasıl araştırılabilir?

Büyük Hadron Çarpıştırıcısında, parçacıklar son derece yüksek enerjilerde çarpışır ve bu da, hiperonlar da dahil olmak üzere yeni parçacıklar oluşturur. Çok kısa bir süre için var olsalar bile, ALICE deneyindeki dedektör kullanılarak yine de tespit edilebilirler. Örneğin hiperonların davranışını daha iyi anlamak için protonlarla nasıl etkileşime girdiklerini araştırıyoruz. Bunu, bir çarpışma sırasında hiperonlarla aynı anda ortaya çıktıklarında her zaman gözlemleyebiliriz.

Ve parçacıklar nasıl etkileşir?

Bu parçacıklar, güçlü bir etkileşim olarak bilinen şey yoluyla birbirleriyle etkileşime girerler. Kuvvetin parçacıklar arasında çekici veya itici bir şekilde hareket etmesine bağlı olarak, parçacıklar dedektör üzerinde ya birbirlerine daha yakın ya da daha uzak yere inerler. Deneylerimizle, bir protonun sözde Xi hiperon ile etkileşimini ilk kez tespit etmeyi başardık. Bir Xi hiperonu iki garip kuarktan ve bir yukarı veya aşağı kuarktan oluşur. Buna ek olarak, son zamanlarda ilk kez omega hiperonların – üç garip kuarktan oluşan en ağır hiperonlar – protonlarla nasıl etkileşime girdiğini inceleyebildik. Bu, ticaret fuarındaki son başarımız.

Bu hiperonlar nötron yıldızlarında da mı meydana geliyor?

Bu özel parçacıkların ancak çok yüksek yoğunluklu nötron yıldızlarında oluşabileceğini bulduk. Bir nötron yıldızındaki madde, atom çekirdeğindeki maddeden üç buçuk kat daha fazla sıkıştırılmış olmalıdır. Genel olarak, hiperonların protonlar ve nötronlarla etkileşiminin nötron yıldızları için gerekli olduğunu gösteren bazı kanıtlarımız var.

Kaynak

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir