Tetrakuarklar: Kuark Dünyasındaki Yeni Keşifler, Kuark Sınıflandırma Sistemini Baştan Sona Değiştirebilir!

2013’te, bilim insanları ilk kez 4 kuarktan oluştuğu doğrulanan Zc(3900) parçacığının keşfini duyurdu. Kuarklar, evrendeki çoğu maddenin yapı taşını oluşturan son derece küçük yapı taşlarıdır. Önceden bu tür bir parçacığı tanımlayabilecek bir modelimiz bulunmadığı için yeni keşif aslında çok önemli olaylardan biri.

2013’teki ilk duyurudan beri keşfi yapan takım BESIII Birliği, dört kuarklı parçacıklar üzerine bir “benzer keşifler dizisi” yayınladı. Aslında, fizikçiler, bu tür yeni egzotik parçacıkları denkleme oturtabilmek için yeni bir sınıflandırma sistemi oluşturmak üzere gibi görünüyor. Özellikle de şimdi yeni bulgular doğrulanmış iken...

Florida State University

Bu muhtemelen bol miktarda iş yükü getiriyor. Kuarklar çok uzun zamandır ikili veya üçlü gruplar halinde eşleştiği biliniyor. Eğer elimizde iki kuark parçacığı var ise, bunlar “mezonlar” olarak ve üçlü parçacıklarda “baryonlar” olarak biliniyor. Muhtemelen (fark etmediyseniz bile), baryonlardan sonra gelen protonlara ve nötronlara, yani vücudunuzdaki her atom ve çevrenizde geri kalan her şeyi oluşturan yapıtaşlarına daha aşinasınız, işte bütün bunlar keşfin bu kadar önem taşımasının nedenleri arasında bulunuyor.

Esas olarak, bu parçacık Büyük Patlama zamanlarında evren daha sıcak ve düzensiz olduğu ilk anlarından beri var olmuş olabilir. Ancak, keşfin anahtar detaylarını yorumlamak bize evrenin tarihinin ilk anları hakkında paha biçilemez şeyler anlatabilir. Ek olarak, şu anda, yeni keşfedilmiş parçacık ailesini doğru bir şekilde tanımlayabilecek kesin bir teorik model yok. Yani teorik resmin sonuçlandırılmasının gerekmesinin yanı sıra, maddenin yeni formlarına şahit olduğumuza dair daha fazla kanıt ortaya çıkmakta. Ve bunun anlamı, sınıflandırma sistemimizi yeni keşifleri kapsayacak şekilde değiştirmeliyiz.

Peki, bütün bunların sadece rastlantı veya büyük bir hata olma olasılığı nedir? Eh, doğrulanmış 160 tane Zc(3900) parçacık ile birlikte, bilim insanları sonuçların istatistiksel rastlantı olma olasılığının 3.5 milyonda bir olduğunu söylüyor.

Bu konuda bir altyapı önerisi olarak; nükleonlar (proton ve nötron gibi, atomun çekirdeğini oluşturan parçacıklar) birbiriyle etkileşen parçacıkların oluşturduğu çalkantılı bir denizden meydana gelir. Protonda iki yukarı, bir aşağı kuarkımız var (nötronda tam tersi); ancak iki nükleonda da ek olarak bol miktarda kuark/antikuark çiftleri, tonlarca gluon hatta biraz garip kuarklar vardır. Ama şu ana kadar bu dört kuark parçacıklarına (veya “tetrakuark”lara) dair bir kanıt bulamadık. Yani elimizde kuark parçacıklarının mükemmel olmayan bir modeli var ve maddeyi oluşturduklarından (başlarda bahsedildiği üzere), doğru bir modelin evreni anlayışımız üzerine geniş bir etkisi var.

Son olarak, bu keşif evren hakkında bildiğimiz her şeyi değiştirecek; ancak standart modeli yıkmayacak. Bununla birlikte, birilerini durdurup ufukta bizleri diğer hangi keşiflerin beklediğini düşündürtecektir. Araştırmacılar doğasını daha fazla hassaslıkta belirleme üzerine bu yıl içinde daha fazla deney yapmayı planlamaktadırlar. Özet olarak, BESIII deneyinin sözcüsü Frederick Harris şöyle söylüyor:

Y(4260)’ın bozunmasının kullanılması ile dörtlü kuark aileleri ortaya çıkmaya başladı. Halen teorik resmin tamamlanması gerekse de gittikçe artan kanıtlar bizim yeni bir madde formu ile karşı karşıya olduğumuzu gösteriyor. Gizemli parçacıklardan oluşan yeni bir 'hayvanat bahçesi' ortaya çıkarken yeni bir sınıflandırma sisteminin de bu parçacıkları anlayabilmek için yakında elimizde olacağını söyleyebiliriz.