“Burada vurgulanan kelime “ağır”. Bir şeyler gelecekte neden çok ağır olacak? Dünya’nın yerçekiminde bir sorun mu var?“ –Doktor Brown, Back to the Future
Bugünlerde anti-maddenin ağırlığı ile ilgili sorun var gibi görünüyor, özellikle, helyum-4 anti-maddesi son derece nadir (ve ağır!) bir parçacık ki ilk defa Brookhaven Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı’nda (RHIC) ortaya çıkmıştı.
STAR (RHIC’de yapılan evrenin mikrosaniye mertebesindeki enerji dağılımına ilişkin bir deney) işbirlikçileri tarafından yapılan keşif, kuark-gluon plazma (QGP)’nın karakteristikleri ve oluşumu çalışması tasarlandı, bu kuark-gluon plazması maddenin bir halidir ve evrenin başlangıcından sonra saniyenin on milyonu kadar bir sürede var olduğuna inanılıyor. Bugün biliniyor ki protonların ve nötronların soğutulmuş ve yoğunlaştırılmış formu bu maddeyi içeriyor.
Fizikçiler, bir saniyenin ilk kısımlarında, evrenin çok sıcak ve çekirdeksiz var olabildiğine inanıyorlar. Bir çekirdek yerine, kuarklar ve gluonlardan oluşan (gluon, kuarklar arasındaki kuvveti taşıyan kütlesiz parçacıklardır) QGP var. Nükleer ve parçacık fizikçileri, uzun zamandır deneysel olarak araştırdığı ve laboratuvarda alışılmamış (egzotik) plazma yapımını hayal etti. Muazzam enerjiler gerektiğinden dolayı laboratuvar bir parçacık hızlandırıcısı yapmak zorundadır.
Bu RHIC’ın geldiği noktayı gösteriyor. RHIC 2.4 mil uzunluğunda halka biçimindedir ve altın iyonları halkanın her iki yönde çarpışma yapabilecek şekilde ve ayrıca radyo frekans ışınımlarını yayan tel bobin tarafından hızlandırılacak biçimde tasarlanmış. Bu deney kompleksinde, çarpışmaların meydana gelebileceği halkanın çevresinde altı farklı yer mevcuttur ve bu yerlerde dedektörlerle çarpışmalar sonucu oluşacak atom altı parçacıklar izleniyor.
Bu altın çekirdeğin, sıcak ve yoğun plazma formları kafa kafaya çarpıştığında veya daha fazla hızlandırıldığında, neredeyse sürtünmesiz sıvıya yakın olduğu gözlemlenmiştir. RHIC bilim insanları, sürpriz bir şekilde 2005 yılında bir QGP yaratarak, sonunda başarıya ulaşmıştılar.
Büyük Patlama’dan sonra saniyenin bir kısmı için evreni dolduran ısı olan 4 trilyon Celsius dereceye laboratuvar koşullarında henüz ulaşılabilindi yine RHIC’da. Bu sıcaklık Güneş’in merkezindeki sıcaklıktan 250.000 kat daha sıcak. Sıcak plazma 10-23 saniye sürdü. Binlerce temel parçacık dışarıya püskürerek, kuarkları ve gluonları olan soğuk yerdeki plazma genleşmeleri dış tarafta dondu.
QGP ile anti-madde ne yapar? QGP için ilk soğuma süresi esnasında başka bir şeyler vardı: madde ve anti-madde var olan ömrünün dışında her biri çarpışıyor ve yok oluyor. Bu yöntemle evrenimiz yavaş yavaş soğudu ve soğuması yavaşladı, fakat madde ve anti-maddenin eşit parça olması gerekirdi ama olmadı. Bunun yerine, anti-maddeden daha fazla madde vardı.
Etrafımızdaki kozmolojik Octagon’dan geriye kalanları görebildiğimiz için şunu biliyoruz: maddenin kazandığı uzun süren bu savaşta, maddenin var olduğu galaksilerden gelen toz zerreciklerini ve her şeyi, gözlemlenebilir evrenimizde her maddeyi görebiliriz. Ve fizikçiler, asimetrinin ilk zamanlarda var olması gerektiği fikrinde değiller. Bu 21.yüzyıl parçacık fiziğindeki önemli sorulardan biri.
Bugün, sadece anti-maddenin var olduğu yerler, RHIC gibi parçacık hızlandırıcıları ve evren üzerinde maddenin çok küçük bir parçası bile muazzam enerjiler üretir. İlk anti-madde parçacığı (pozitron) 1932 yılında gözlemlendi. 1955 yılında anti-protonlar ve anti-nötronların daha ağır anti-madde üretimi için bu teknolojiye yaklaşık 20 yıldır sahibiz. Anti-hidrojen 1995 yılına kadar bilinmiyordu; 2010 yılında, anti-hipertriton olarak adlandırılan tuhaf anti-madde gözlemlendi.
Bu yüzden STAR işbirlikçileri büyük bir anlaşmaya vardılar; altın çekirdeğini bir milyar kere çarpıştırdılar ve QGP sonucunun dışında, protonlar, nötronlar ve onların kendi anti-parçacıkları ortaya çıktı. Yan ürün, 18 anti-maddenin büyük bir toplamını oluşturan en ağır parçacık olan ve henüz yeni üretilen helyum-4 çekirdeklerini içeriyordu.
Daha çok ağır olmak için birçok kalori tüketmek zorundasın ve aynısı anti-madde için geçerli. Daha ağır anti-parçacıklar için daha fazla enerji oluşturmak gerekiyordu. Bu yüzden bilim insanları bir sonraki tahmin edilen parçacığı oluşturmak için beklemedi ve yakın zamanda anti-lityum-6 parçacığını buldu. STAR’daki bilim insanları şunları söyledi: “Biz çarpışma teknolojisinde üstün bir başarıya sahip değiliz, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) bile sahip değil.”
Fakat bu keşif olağandan daha değerli: Evrende meydana gelen doğal anti-maddeyi başka bir yerde bulmak olası değildir, geçerliliği olan bu kuram ile oldukça fazla üretim oranına sahibiz. STAR işbirlikçileri bunun anlamını şöyle açıklıyor: “Uzayda anti-helyum’un herhangi bir anda gözlenmesi ya da anti-çekirdek bile evrende büyük miktarda anti-maddenin varlığına işaret eder.” Bugün bizim yapabildiğimizden çok daha büyük miktarlarda, çok uzaklarda anti-madde üretme yeteneğine sahip başka bir mekanizma var.
Space Shuttle Endeavor uzay aracı son seferlerinin birinde geçtiğimiz aylarda Uluslararası Uzay İstasyonu’na anti-madde araştırmaları için Alpha Magnetic Spectrometer (AMS)’u götürdü. AMS, Uluslararası Uzay İstasyonu’nda çalışacak ve anti-maddenin herhangi bir anda serpilmesi sırasındaki kozmik ışınları arayacak. Eğer herhangi bir şey bulunursa bu iyi bir haber ve gerçekten “ağır” olacak.
Hazırlayan : Mehtap Çelik | Kuark Bilim Topluluğu Fizik Çalışma Grubu
Kaynak : http://news.discovery.com/space/antimatter-gets-heavy-110330.html
