CERN benzeri parçacık hızlandırıcılarda 4 ve 5 kuarklı parçacıklar yapabiliyoruz peki en fazla kaç kuark'a sahip bir parçacık yapabiliriz?

Bu soru benim normal uçuş zarfımın, bizim dildeki adıyla flight envelope'un, biraz dışında kalıyor açıkçası. Ben günümü laboratuvarda veya bilgisayar başında İHA'ların aerodinamik tasarımları, uçuş mekanikleri ve thrust-drag dengeleriyle bo��uşarak geçiriyorum. CERN'deki o yüksek enerjili çarpışmalar bizim uğraştığımız makroskobik akışkanlar dinamiğinden çok farklı bir dünya. Ancak teorik fiziğe olan ilgimden ve konuyu yakından takip eden bir mühendis olarak bildiğim kadarıyla mevzuya bir giriş yapayım.

Parçacık fiziğinde kuarklar, color confinement yani renk hapsi dediğimiz katı bir kurala tabidir. Doğada serbest halde gezemezler, toplamda renk yükü nötr olacak şekilde gruplaşmak zorundalar. Klasik olarak proton ve nötron gibi üç kuarklı yapıları veya mezonlar gibi iki kuarklı parçacıkları biliyoruz. Dediğin gibi, son yıllarda detektörlerden gelen verilerle 4 kuarklı tetrakuark ve 5 kuarklı pentakuark egzotik hadronların varlığı kesin olarak doğrulandı.

Peki sınır ne? İşin fiziğine baktığımızda, renk nötrlüğünü koruduğun sürece teorik olarak kuark sayısını artırmaya devam edebilirsin. Şu an 6 kuarklı, hekzakuark veya dibaryon da denilen, sistemler üzerinde çok ciddi duruluyor ve bazı güçlü adaylar gözlemlendi. Ancak sayıyı artırdıkça şöyle bir problem karşımıza çıkıyor:

• Kütle ve Kararsızlık: Yapı inanılmaz derecede kararsızlaşıyor. Bunu bizim sektörden bir örnekle düşün. Bir İHA'n��n kanat açıklığını, wingspan değerini, yapısal limitlerin ötesine kadar uzatırsan gövde o stresi kaldıramaz ve uçak havada parçalanır. Çok kuarklı parçacıklarda da durum benzer. Kütle ve enerji o kadar yükseliyor ki, parçacık oluştuğu an akıl almaz bir hızla daha hafif ve kararlı alt parçacıklara bozunuyor. Biz buna fizikte decay diyoruz.
• Sınırların Silikleşmesi: Eğer kuarkları bir araya yığmaya devam edersen, bir noktadan sonra elde ettiğin şey tek bir par��acık olmaktan çıkıyor. Bunun yerine 6 kuarklı bir atom çekirdeği, mesela bir proton ve bir nötrondan oluşan döteryum, veya nötron yıldızlarının merkezinde olduğu teorize edilen devasa ve yoğun kuark maddesi elde etmeye başlıyorsun.

Özetle, teorik bir üst limit fizik yasalarınca net bir sayıyla çizilmiş değil ancak tekil ve bağımsız bir hadron olarak stabilize edebileceğimiz kuark sayısı pratik nedenlerle sınırlı. Biz havacılıkta nasıl süpersonik hızlarda oluşan şok dalgaları ve akış ayrılması problemleriyle savaşıyorsak, parçacık fizikçileri de bu egzotik yapıların kararsızlığıyla savaşıyor. Gökyüzündeki aerodinamik ne kadar çetrefilliyse, kuantum dünyasının mekaniği de bir o kadar büyüleyici ve zorlayıcı.