Bilim insanları evrenin ilk anlarının sırlarını açığa çıkarıyor

Çabaları, evreni yaratılışından sonraki saniyenin ilk milyonda biri kadar bir sürede dolduran “ilkel çorbanın” haritasını çıkarmaya odaklandı.

Eötvös Loránd Üniversitesi'nden fizikçiler dünyanın en gelişmiş üç parçacık hızlandırıcısını kullanarak atom çekirdeğinin bileşenlerini inceledi. Araştırmaları, yaratılışından sonraki ilk mikrosaniyelerde evrende var olan “ilkel çorbayı” keşfetmeyi amaçlıyor. İlginçtir ki bulguları, gözlemlenen parçacık hareketinin deniz yırtıcılarının av arayışına, iklim değişikliği modellerine ve borsa dalgalanmalarına benzediğini öne sürüyor.

Kazanın hemen ardından büyük patlamaSıcaklıklar o kadar aşırıydı ki ne atom çekirdeği ne de onların yapı taşları olan nükleonlar var olabilirdi. Dolayısıyla bu ilk durumda evren, kuarklardan ve gluonlardan oluşan “ilkel çorba” ile doluydu.

Evren soğudukça bu ortam da bir “donma” sürecine girdi ve bu durum proton ve nötron gibi bugün bildiğimiz parçacıkların oluşumuna yol açtı. Bu fenomen, iki çekirdek arasındaki çarpışmaların küçük kuark maddesi damlacıkları oluşturduğu parçacık hızlandırıcı deneylerinde çok daha küçük bir ölçekte tekrarlanır. Bu damlacıklar en sonunda donma yoluyla sıradan maddeye dönüşür; bu, deneyleri yürüten araştırmacıların bildiği bir dönüşümdür.

Kuark maddesindeki farklılıklar

Ancak kuark maddesinin özellikleri, parçacık hızlandırıcılardaki çarpışma enerjisinden kaynaklanan basınç ve sıcaklık farklılıklarından dolayı farklılık göstermektedir. Bu fark, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Göreli Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) veya İsviçre'deki Süperproton Çarpıştırıcısı (SPS) ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) gibi farklı enerjilerdeki parçacık hızlandırıcılarında maddeyi “tarama” için ölçümler yapılmasını gerektirir.

“Bu durum o kadar önemli ki, tüm dünyada, örneğin Almanya'da veya Japonya'da, özellikle bu tür deneyler için yeni hızlandırıcılar üretiliyor. Belki de en önemli soru, fazlar arasındaki geçişin nasıl gerçekleştiğidir: Ekranda kritik bir nokta görünebilir.” faz haritası.” diye açıklıyor Eötvös Lorand Üniversitesi (ELTE) Atom Fiziği Bölümü Fizik Profesörü Mati Chanad.

Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve CERN'deki gerçek çarpışma olaylarından yeniden oluşturulmuş izlerin ve olaya dahil olan dedektörlerin fotoğraflarının bir montajı. Kaynak: Montaj Máté Csanád / Eötvös Loránd Üniversitesi tarafından yapılmıştır. Montajın orijinal görüntüleri: STAR és PHENIX: Brookhaven Ulusal Laboratuvarı ve CMS és NA61: CERN

Araştırmanın uzun vadeli hedefi, kuark maddesi ve atom çekirdeğindeki etkileşimleri yöneten güçlü etkileşime ilişkin anlayışımızı derinleştirmektir. Bu alandaki mevcut bilgi düzeyimizi, insanlığın Volta, Maxwell veya Faraday dönemlerindeki elektrik anlayışına benzetebiliriz. Temel denklemler hakkında fikirleri olsa da, ampulden televizyona, telefona, bilgisayarlara ve internete kadar günlük yaşamı derinden değiştiren teknolojilerin geliştirilmesi için çok sayıda deneysel ve teorik çalışma yapılması gerekti. Benzer şekilde, güçlü etkileşime ilişkin anlayışımız hâlâ erken bir aşamada olduğundan, bu etkileşimi keşfetmeye ve haritalandırmaya yönelik araştırmalar hayati önem taşıyor.

Femoskopideki yenilikler

ELTE araştırmacıları yukarıda bahsedilen hızlandırıcıların her biri üzerinde deneylere katılmıştır ve son birkaç yıldaki çalışmaları kuark maddesinin geometrisinin kapsamlı bir resmini ortaya çıkarmıştır. Bunu femtoskopik teknikler uygulayarak başardılar. Bu teknik, üretilen parçacıkların klasik olmayan, kuantum benzeri dalga doğasından kaynaklanan ve sonuçta parçacık emisyonunun kaynağı olan ortamın femtometre yapısını ortaya çıkaran korelasyonları kullanır.

Eötvös Üniversitesi'nden araştırmacılar, Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'ndaki STAR deneyi için veri toplamak üzere çalışıyor. Kredi bilgileri: Máté Csanád / Eötvös Loránd Üniversitesi

Grubun baş araştırmacılarından biri olan Marton Nagy, “Önceki yıllarda femtokopi, kuark maddesinin normal bir dağılıma, yani doğada birçok yerde bulunan bir Gauss şekline sahip olduğu varsayımıyla gerçekleştiriliyordu” diye açıklıyor.

Ancak Macar araştırmacılar, çeşitli bilimsel disiplinlerden aşina olunan Levy sürecine daha genel bir çerçeve olarak başvurdular; bu, deniz yırtıcılarının av arayışını, borsa süreçlerini ve hatta iklim değişikliğini iyi bir şekilde tanımlıyor. Bu süreçlerin ayırt edici bir özelliği, belirli anlarda çok büyük değişikliklere uğramalarıdır (örneğin, bir köpekbalığı yeni bir alanda yiyecek aradığında) ve bu gibi durumlarda normal (Gauss) dağılım yerine Livre dağılımı meydana gelebilir.

ELTE'nin etkileri ve rolü

Bu araştırma çeşitli nedenlerden dolayı büyük önem taşımaktadır. İlk olarak, kuark maddesinin hadronik maddeye dondurulmasının en çok incelenen özelliklerinden biri femtoskopik yarıçaptır (iyi bilinen Hanbury-Brown ve Twyss etkisine referansla HBT yarıçapı da denir). Astronomide), femtoskopik ölçümlerden elde edilir. Ancak bu ölçü ortamın varsayılan geometrisine bağlıdır. Grupta doktora sonrası araştırmacı olan Daniel Kinsis'in özetlediği gibi, “Eğer Gauss varsayımı optimal değilse, bu çalışmalardan en doğru sonuçlar ancak Lévy varsayımı altında elde edilebilir. Lévy dağılımını karakterize eden Lévy üs değeri, Ayrıca faz geçişinin doğasına da ışık tutuyorlar ve dolayısıyla bunun çarpışma enerjisine göre değişimi kuark maddesinin farklı evreleri hakkında bilgi sağlıyor.

ELTE araştırmacıları aktif olarak dört deneyde yer alıyor: SPS hızlandırıcıda NA61/SHINE, RHIC'de PHENIX ve STAR ve LHC'de CMS. ELTE'nin NA61/SHINE grubu Yoshikazu Nagai tarafından yönetiliyor ve CMS grubu Gabriela Pastor tarafından yönetiliyor; ve ELTE'de femtoskopik araştırmaları da koordine eden Máté Csanád tarafından kurulan RHIC grupları.

Bu gruplar, reaktif geliştirmeden veri toplama ve analize kadar çeşitli kapasitelerdeki deneylerin başarısına önemli katkılar sağlamaktadır. Ayrıca birçok teorik proje ve araştırmaya katılıyorlar. Matej Chanad, “Femtoskopi araştırmamızın benzersiz yanı, üç parçacık hızlandırıcıda dört deneyde gerçekleştiriliyor olması; bize kuark maddesinin geometrisi ve olası aşamaları hakkında geniş bir bakış açısı sağlıyor” diyor.

Referans: Marton Nagy, Aleta Borza, Matej Csanad ve Daniel Kinsis tarafından yazılan “Coulomb Son Durum Etkileşimiyle Bose-Einstein Korelasyon Fonksiyonlarının Hesaplanması İçin Yeni Bir Yöntem”, 8 Kasım 2023, Avrupa Fiziksel Dergisi C.
doi: 10.1140/epjc/s10052-023-12161-y