Varlığı mümkün görünmeyen Tetrakuark'ların varlığı ispatlandı

Peter Dockrill *

Fizikçiler tarafından varlığının imkânsız olduğu düşünülen olağanüstü derecede gizemli ve egzotik bir parçacık nihayet tespit edildi; üstelik yalnızca bir değil, iki defa gözlemlendi.

Tetrakuark olarak adlandırılan anlaşılması zor bir parçacığa ilişkin iki yeni kuramsal görüş, bu tuhaf parçacıkların gerçekten de evrende bulunduklarını ve atom altı alanda, çok yakında yepyeni bir anlayış dönemine gireceğimizin en güvenilir kanıtını sunuyor.

Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı araştırmacılardan biri olan teorik fizikçi Chris Quigg, verdiği demeçte “Araştırmanın henüz tamamen akademik aşamada olmadığını düşünüyoruz” diyor.

Lise kimyanız ve fizik bilginiz biraz paslanmışsa, bilgi olarak şunu söyleyelim; atom seviyesinin altında protonlar ve nötronlar gibi bir takım atom altı parçacıklar bulunuyor. Bunlar hadron denilen bileşik parçacıklardan oluşuyor, hadronlarsa kuark adı verilen temel parçacıklardan meydana geliyor.

İLK KEZ 60’LARDA ÖNE SÜRÜLDÜ

Kuarklara ilişkin fikirler ilk defa 1960’larda ortaya atıldı ve o yıllardan beri fizikçiler (bildiğimiz kadarıyla daha küçük bir altyapıya sahip olmayan) bu gizemli parçacıkların, dokunabildiğimiz ve hissedebildiğimiz maddenin yapı taşlarının oluşumunu sağlamak için kendilerini nasıl düzenleyebildiklerini araştırıyorlar.

Günümüzde iki farklı bilim insanı grubu, dört adet kuark parçacığından meydana gelen ve tutarlı bir yapı oluşturan tetrakuark adlı yeni bir sistemin sağlam kuramsal kanıtlarını elde ettiklerine inanıyor.

Araştırmayı yürüten bilim insanları, tetrakuarkların ispatı olduğunu düşündükleri bulgulara ilk defa rastlamadılar; içinde bulunduğumuz yüz yılda, bazı tetrakuark adayları önerilmişti, ancak eldeki veriler genelde teorik düzlemdeydi ve bilim insanlarının elinde henüz bir gözlemci teyidi mevcut değildi.

Fermilab ekibi geçtiğimiz sene, tetrakuarklarla tutarlı olduğu görünen bir parçacık keşfettiğini açıkladı; ardından, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın olağanüstü (LHCb) deneyinde yer alan araştırmacılar, tamamen yeni bir tetrakuark ailesi olabilecek parçacıklar keşfederek, bu konuda bir ilerleme sağladı.

Yine de bulguları doğrulamak kolay değildi; çünkü araştırma alanı son derece kendine özgü bilgiler içeriyordu.

Quigg verdiği demeçte, “tetrakuarklar hakkında insanlar her zaman alternatif açıklamalarda bulunabilir,” diyor.

Kuarklar, “tat” diye betimlenen altı farklı çeşide ayrılır: Bunlar, elektrik yükleri, kütle ve dönüş hızı gibi özelliklerle belirlenen; yukarı, aşağı, garip, tılsım (veya çekici), üst ve alt kuarklardır.

Tetrakuarkların (ve benzer şekilde varsayımsal durumdaki pentakuarkların [beşli kuarklar]) dışında, kuram, geleneksel biçimde iki ya da üç kuarkın bileşik bir parçacık oluşturmak üzere bir araya gelebileceğini ( kuark-antikuark çiftleri ya da üç kuark bir arada) önermekle birlikte, daha fazla bir sayıyı önermiyor.

Öte yandan, Quigg ve diğer Fermi fizikçisi Estia Eichten (ve İsrail’in Tel Aviv Üniversitesi ve Chicago Üniversitesi’nden araştırmacıların oluşturduğu ayrı bir ekip) gerçekleştirdikleri yeni araştırmalarında, sonuç olarak istikrarlı bir yapıya sahip dörtlü-kuark parçacıklarının evrende var olmasının mümkün olduğunu ispatladılar.

Her iki takım da farklı kuramsal açıklamalar vasıtasıyla, iki alt (bottom) kuark ile bir anti-yukarı kuark ve bir anti-aşağı kuarktan oluşan tetrakuarkların, düzenli kuarklarda var olan ikiz benzeri ancak zıt elektrik kutbuyla yüklü olan parçacıklarla bir araya gelebileceğini öngörüyor.

‘O KADAR GARİP Kİ BAŞKA BİR ŞEY OLAMAZ’

Deneylerde kullanılan yöntemler farklı olmakla birlikte, Tel Aviv Üniversitesi’nden bir araştırmacı olan Marek Karliner, her iki ekibin de “temel bağlamda nitel bir düzeyde özdeş,” olan sonuçlara ulaştığını belirtiyor.

Fizik camiasında bazıları bu kanıtı olumlu bir işaret olarak yorumluyor; çünkü bu, nihayetinde tetrakuarkı bu kez gerçek anlamda tespit ettiğimiz anlamına gelebilir. Karliner’ın verdiği demeçte belirttiği üzere, “uzun zamandır (tetrakuarkların) imkânsız olduğu düşünülüyordu” ve bu nedenle, karşımızda inanılmaz bir sonuç var.

Yine de mesele henüz sonuçlanmadı. Artık tetrakuarkların var olduğuna dair en sağlam teorik kanıt elimize geçtiğine göre, CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda veya farklı bir deneysel parçacık hızlandırıcısında gözlemsel alanda ispat gerçekleştirilmesi gerekiyor.

Bu deneysel kanıtın ne zaman keşfedileceğini söylemek mümkün değil, ancak Quigg, konuya sakin ve kendinden emin bir biçimde yaklaşıyor gibi görünüyor.

“Konuştuğumuz şeyler o kadar garip ki başka bir şey olmaları mümkün değil,” diyor.

“Yalnızca, bunun için epey uğraşmamız gerekiyor.”

* Yazının aslı Science Alert sitesinde yayınlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)