Maddenin temel yapıtaşı tartıldı!

Bilimciler, 'görünür evren'in temel yapıtaşları olan kuarkların kütlesini netleştirdiler.

Evrendeki “tanıdığımız madde”nin yüzde 99’dan fazlası, atom çekirdeklerini oluşturan proton ve nötronlardan mamul. Bu çekirdek parçalarıysa basit anlatımla kuark denen temel parçacıkların iki çeşidinden oluşuyor.

Kuarkların maddenin temel yapı taşları olduğu, 1968 yılında keşfedilmişti. Doğada kuarkların 6 türü ya da fizik diliyle “çeşnisi”, bir de bunların antimadde karşılıkları olan antikuarklar bulunuyor. Bunların en hafifleri olan ve proton ve nötronların içinde birbirlerine bağlı olarak bulunanları “yukarı” ve “aşağı” diye adlandırılan çeşniler.

Protonlar, iki yukarı, bir de aşağı kuarktan oluşurken, nötronlarda durum tersi: iki aşağı ve bir yukarı kuarktan oluşuyorlar. Bu kuarkları çekirdek içine hapseden, dört temel doğa kuvvetinin en güçlüsü olan şiddetli çekirdek kuvveti (güçlü kuvvet de deniyor).

Şiddetli çekirdek kuvveti de sekiz “çeşnisi” olan gluon adlı parçacıklar aracılığıyla etkileşiyor. Yani proton ve nötronlar içindeki yukarı ve aşağı kuarklar, birbirleriyle gluon alışverişinde bulunarak bir arada kalabiliyorlar. Bu, maddenin yapısının basit resmi.

Gerçek resimse bilimcilerin bile zor kavrayabildikleri bir kaos tablosu. Bir kere kuarkları bu şiddetli çekirdek kuvvetinin pençesinden kurtarıp birbirlerinden ayırarak tek tek incelemek imkansız. Ayrıca bu kuvveti taşıyan gluonlar da birbirleriyle etkileşim içinde. Proton ve nötronların içindeki üçlü kombinasyonlardaki yukarı ve aşağı kuarklara “değerlik” kuark (valence quark) deniyor. Ama bu üçlüler proton ya da nötronların kütlesinin yüzde 2’sinden daha azını meydana getiriyor. Asıl kütle, proton içinde her an ortaya çıkan ve birbirini yok eden sonsuz sayıda başka kuark ve antikuark çifti ve gluondan meydana geliyor. Proton ve nötronların kütlesinin asıl bölümünü de bu “sanal” kuark ve gluonlar oluşturuyor.

Daha önce hafif kuark ve bazı parçacıkların kütlelerini daha kabaca hesaplamış olan gruptan Fransız araştırmacı Laurent Lellouch, karmaşayı “her şey, her şeyle etkileşiyor” diye dile getiriyor. Bu da milyonlarca değişkeni içeren imkansız hesapları gerektiriyor.

Yine de, Kuantum Renk Dinamiği (Quantum Chromodynamics – QCD) denen çok karmaşık bir hesap tekniği ve süperbilgisayarlarla uzun simulasyonlar gerçekleştirilerek, hafif kuark kütlelerinin yaklaşık değerleri, 2008 yılının Kasım ayında açıklanmıştı. Ekip, bu değerlere ulaşabilmek için bilinen gluon kütlelerinden yola çıkmıştı.

Şimdiyse yeni bir ekip, QCD hesaplarında daha farklı bir yaklaşımla önceki hesaptaki %30 hata payını, yüzde 1,5’e indirdiğini açıklamış bulunuyor. Araştırmacılar, bu kesinliğe ulaşmak için, iki hafif kuarktan 500 kat daha ağır olduğu için kütlesi daha kolay hesaplanan “Tılsım” (Charm) adlı kuarkla aşağı kuarkın; yine ağır bir kuark olan “Garip” (Strange) kuarkla da yukarı kuarkın doğadaki bollukları arasındaki orandan yola çıkmışlar.

Sonuçta, yukarı kuark için bulunan değer 2.01 milyon elektronvolt (0.16 milyon elektronvolt fazla ya da eksik). Aşağı kuarkın kütlesiyse, 4.79 milyon elektronvolt (0.6 milyon elektronvolt fazla ya da eksik). Bu durumda yukarı kuark, proton kütlesinin yalnızca yüzde 0.214’üne, aşağı kuarksa yüzde 0.510’una eşit.

Bu değerler, fizik camiası için son derece önemli. Çünkü hafif kuark kütlelerinin bilinmesi, LHC ve öteki hızlandırıcılarda gerçekleşen parçacık çarpışmaları nın sonuçları için Standart Model’in öngörülerinin hesaplanmasında yardımcı oluyor. Bu hesaplar da yeni parçacık ya da olguların varlığına işaret edecek tutarsızlıkları ortaya koyabilir. Ayrıca kesine çok yakın kütle değerleri, parçacıkların neden bu kütlelere sahip olduklarını açıklayan daha “derin” kuramların oluşumuna yol açabilir.

[Bu mesajın devamını görebilmek için kayıt olun ya da giriş yapın