Son Dakika: Önemli Antimadde Keşfi Varoluşun Gizemini Çözmeye Yardımcı Olabilir

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) yapılan deneyler, baryon adı verilen bir parçacığın madde ve antimadde formları arasında bir asimetri olduğunu doğruladı.

Yük-parite (CP) ihlali olarak bilinen bu etki, daha önce sadece mezon adı verilen başka bir parçacık sınıfında tespit edilmişti. Ancak, evrenin maddesinin büyük bir kısmını oluşturan baryonlarda deneysel kanıtlar, fizikçilerin uzun süredir aradığı bir şeydi.

CERN fizikçisi ve çalışmanın ilk yazarı Xueting Yang, ScienceAlert'a verdiği demeçte, “Bu, madde ve antimadde arasındaki ince farkların daha geniş bir parçacık yelpazesinde var olduğunu gösteriyor ve fizik kurallarının baryonları ve antibaryonları farklı şekilde ele aldığını işaret ediyor” dedi.

“Evrendeki madde-antimadde asimetrisi, baryonlarda CP ihlali gerektirir, bu nedenle bu keşif, mevcut teorimizin ne kadar eksiksiz olduğunu test etmek ve daha önce yeterince yakından incelemediğimiz yerlerde yeni fiziklerin gizli olup olmadığını araştırmak için önemli bir adımdır.”

Bu keşfi yapmak için ekip, 2011 ile 2018 yılları arasında LHC'de toplanan verilerdeki yaklaşık 80.000 parçacık bozunma olayını analiz etti. Lambda-beauty (Λb) baryonları ve bunların antimadde karşılıkları olarak adlandırılan parçacıklara odaklanan araştırmacılar, bunların bozunma şekillerinde herhangi bir fark olup olmadığını araştırdılar.

CP simetrik olsaydı, parçacığın hem madde hem de antimadde formları aynalı ürünlere bozunmalıydı.

Ancak ekip, madde ve antimadde baryon bozunmaları arasında yüzde 2,5'lik bir göreceli fark buldu.

Yang, “Bu küçük bir fark gibi görünebilir, ancak sonuçlar istatistiksel olarak yeterince anlamlıdır” diyor. “Bu, Λb ve anti-Λb'nin tam olarak aynı şekilde bozunmadığını gösterir ve baryonlarda CP ihlali gözlemini sağlar.”

Önemli olarak, bu bulgu 5,2 sigma istatistiksel anlamlılığa ulaştı. Bu, gözlemlenen etkinin rastgele dalgalanmalardan kaynaklanma olasılığının 10 milyonda 1 olduğu anlamına gelir.

Bu keşif, “neden buradayız?” gibi temel sorular da dahil olmak üzere fizik için önemli sonuçlar doğuruyor.

Ürkütücü ismine rağmen, antimadde sıradan bir şey olmalı. Normal maddeden temel farkı, zıt yüke sahip olmasıdır. Ancak bu görünüşte önemsiz ayrıntı, ikisi bir araya gelirse, bir enerji patlamasıyla birbirlerini yok edecekleri anlamına geliyor.

Teorik olarak, Büyük Patlama birini diğerine tercih etmemeli, madde ve antimaddeyi eşit miktarlarda yaratmalıydı. Ve eğer durum böyleyse, evrenin tüm içeriği varoluşunun ilk birkaç saniyesinde yok olup gitmeli ve kozmosu derin bir boşluk haline getirmeliydi.

Bunun açıkça gerçekleşmediği için, bilinmeyen bir faktörün müdahale ederek antimaddenin biraz daha fazla madde yaratılmasına neden olduğu anlaşılıyor. Bugün var olan her şey – galaksilerden kum tanelerine kadar – erken yok oluşundan kurtulan o küçük parçadan oluşuyor.

Basit bir evrende, bir parçacığın yükünü ve uzamsal koordinatlarını tersine çevirmek – yani maddenin veya antimaddenin – fizik kanunlarına göre davranışını değiştirmemelidir.

Bu kavram CP simetrisi olarak bilinir ve bir zamanlar enerji korunumu kadar değişmez kabul edilirken, 20. yüzyılın ortalarından beri fizik Standart Modeli tarafından bir dereceye kadar CP ihlali öngörülmüştür.

Yang, “CP ihlali, madde-antimadde asimetrisini açıklamak için gerekli temel unsurlardan biridir. Ancak fizikçiler, doğadaki CP ihlalinin miktarının, parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından öngörülen miktardan çok daha fazla olması gerektiğini tahmin ediyorlar” dedi.

"Bu, Standart Model'in ötesinde, CP ihlalinin ek kaynaklarını sağlayan yeni bir fizik olmasının varlığını güçlü bir şekilde ortaya koyuyor. Baryonlar da dahil olmak üzere farklı sistemlerde CP ihlalini incelemek, Standart Model için önemli bir test sağlar ve onun ötesinde yeni fizik hakkında ipuçları verebilir."

Örneğin, antimaddenin çekim kuvveti tarafından çekilmek yerine itilme ihtimali vardı, yani yukarı doğru düşecekti. Bu fikri test etmek için CERN fizikçileri daha önce ‘düşme’ testleri yaptılar ve antimaddenin normal madde gibi aşağı düştüğünü gördüler. Bu açıdan CP ihlali yoktu.

Ancak yeni tespit, madde ve antimaddenin farklı şekillerde bozunmasına neden olan bir şeyin olduğunu ortaya koyuyor. Bu uzun zamandır beklenen doğrulama heyecan verici, ancak yine de yeterli değil.

Yang, “LHCb'nin yeni sonuçlarında olduğu gibi, baryon bozunumlarında gözlemlenen CP ihlali, Standart Model tahminleriyle tutarlıdır, bu nedenle tek başına madde-antimadde bulmacasını çözmek için yeterli CP ihlali sağlamaz” diyor. “Ancak, büyük ölçüde keşfedilmemiş olan baryon sektöründe CP ihlalinin nasıl davrandığına dair yeni bir pencere açıyor.”

“Fizikçiler, parçacık fiziğinin Standart Modeli'nin öngördüklerinin ötesinde, CP ihlali için yeni kaynaklar arıyorlar. Bu tür kaynakların keşfedilmesi, yeni fizik alanlarına yol açabilir.”

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.