Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda Yeni Madde Formu: Z(4430) Nedir?

Uzun süredir aranan bir kaçak, dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısında yakalandı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki deneyler, Z(4430) adındaki ilgi uyandıran bir parçacığın gerçekten de var olduğunu teyit etti ve bu da tetrakuark (dörtlü kuark) adında yeni bir çeşit maddenin varlığına ilişkin şimdiye kadarki en güçlü kanıt olabilir.

Kuarklar maddenin temel yapıtaşları olan atom altı parçacıklar. Ya ikili gruplar halinde kısa ömürlü mezonlar oluşturarak ya da üçlü gruplar halinde atom çekirdeğini oluşturan protonlar ve nötronlar oluşturarak var oluyorlar. Araştırmacılar, on yıllardır kuarkların dörtlüler halinde de bir araya gelebileceğinden şüpheleniyordu ama bu fikri test etmek için gereken çözümü güç kuantum hesaplamalarını yapamıyorlardı. College Park’taki Maryland Üniversitesi’nden Thomas Cohen şöyle söylüyor: 

Şu anda bilgisayarlarımız, teoriyi ilk ilkelerden başlayarak çözebilecek kadar büyük değiller.

Bu da şu demek, henüz hiç kimse fizik yasalarının maddenin hala kuramsal olan tetrakuark oluşturacak şekilde bir araya gelmesine izin verip vermediğini bilmiyor. Ama LHC’deki (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) son manzara bu sorunun cevabını bulmaya hiç olmadığımız kadar yakın olduğumuz anlamına geliyor. Son araştırmayı yapan ekibin üyesi olan, New York’taki Syracuse Üniversitesi’nden Tomasz Skwamicki şöyle söylüyor: 

Z(4430) ile ilgili esas tartışma var olup olmadığı idi. Biz Z(4430)’un gerçek olduğunu söyledik.

Belle Babar’a Karşı

Daha yeni ele geçirilen Z(4430), son yıllarda bulunan bir avuç dolusu şüpheli tetrakuarklardan bir tanesi. İlk olarak 2008 yılında Tsukuba-Japonya’daki KEKB hızlandırıcısındaki Belle detektörü tarafından bulundu. Ancak Menlo Park, California’daki SLAC hızlandırıcısındaki BaBar detektörü daha sonra bunu bulamayınca, parçacığın varlığı da sorgulandı.

Higgs Bozonu’nu tespit eden deneylerle birlikte LHC’de yer alan LHCb deneyi Belle ya da BaBar’ın verilerinin 10 katı kadar veriyi analiz etti ve parçacıklardan 4000 tane kadar bulduğunu söylüyor. 

BaBar’ın parçacıkları aramak için kullandığı yöntem bu parçacıkları gözlemleme şansını düşürmüş gibi görünüyor. BaBar sözcüsü Michael Roney şöyle söylüyor: 

LHCb’de çok iyi bir iş çıkarıldı, ancak biz tam hassasiyete sahip olmak için yeterli veriye sahip değildik.

Mezon Molekülleri

Z(4430)’un varlığı teyit edildiğine göre çözülmesi gereken sıradaki mesele gerçekten de bir tertakuark olup olmadığı konusunda çalışma yapmak. 

Fizikçilerin umutlu olabilmesi için en azından bir neden var. Ekibin bir parçası olan İsrail’deki Tel Aviv Üniversitesi’nden teorist Marek Karliner şöyle söylüyor:

Tetrakuark olduklarından şüphelenilen diğer parçacıkların birbirine zayıf bağlarla bağlanmış mezonlardan öte bir şey olmayabilir.

Z(4430) farklı çünkü kütlesi böyle bir olasılığa izin vermiyor. Sözlerine devam eden Karliner:

Böyle büyük bir şeyi oluşturacak kütlede mezon yok.

Skwarnicki ise bu hakiki bir parçacık dörtlüsünü işaret ediyor diyor ve ekliyor:

Bu durum parçacığın tetrakuark olma ihtimalini daha da artırıyor.

Karliner’in söylediğine göre yine de ortada kafa karıştırıcı bir durum var: Z(4430) daha önce şüphelenilen parçacıklardan en az 10 kat daha hızlı bozunuyor ki bu durum tetrakuark davranışına ilişkin basit modellere uymuyor. 

Bu parçacığın nasıl bozunduğuna ilişkin daha çok veri toplamak, bir tetrakuark mı yoksa başka bir şey mi olduğuna ışık tutabilir. Ve bu da araştırmacıların maddenin en basit ölçeklerde nasıl davrandığını anlamalarına yardımcı olabilir. Örneğin, kuarklar daha büyük gruplar oluşturacak şekilde de bir araya gelebilir mi? Karliner şöyle söylüyor:

Beşli kuark gruplarına ilişkin, pentakuark (beşli kuark) denilen önceki ipuçları son yıllarda büyük ölçüde ortadan kalktı; ancak tamamen de reddedilmedi. Kimlerin bir araya gelip gelemeyeceğini ne belirliyor? Bu henüz keşfedilmemiş bir alan.