Protonları atom çekirdeğinin içinde bir arada tutan kuvvet gibi, antiprotonlar arasındaki kuvvet de çekici ve güçlüdür. Bilimciler erken evren koşullarını yaratan parçacık çarpışmalarının enkazına bakarak, antiproton çiftleri arasındaki bu etkileşim kuvvetini geçtiğimiz günlerde ölçmeyi başardı.

ABD'de bulunan Görelilikcil Ağır İyon Çarpıştırıcı'da (Relativistic Heavy Ion Collider - RHIC) gerçekleştirilen deneyin sonuçları Nature dergisinde yayımlandı. Elde edilen bulguların daha büyük antimadde öbeklerine ilişkin ipuçları sağlayacağı umuluyor. Ayrıca bilimcilerin yanıt aramakta olduğu en büyük sorulardan biri konusunda da yardımcı olabilir: Evrende şu anda neden herşey maddeden yapılmış durumda ve neden etrafta neredeyse hiç antimadde yok?

"Evrenin başlangıcında, Büyük Patlama gerçekleştiğinde eşit miktarda madde ve antimadde üretildi. Ama şu an etrafa baktığımızda manzara öyle değil. Antimadde çok nadir bulunuyor. İşte bu devasa bir gizem! Bu bilmece onlarca yıldır biliniyor ve bu süre zarfında konuya ilişkin çok az ipucu ortaya çıkartılabildi. Bilimin en büyük meydan okumalarından biri olmayı hala sürdürüyor. Antimaddenin doğası hakkında öğreneceğimiz herşey, bu bilmecenin çözülmesine katkıda bulunacaktır," diyor Brookhaven fizikçilerinden Aihong Tang. Kendisi RHIC'in STAR dedektöründen (aşağıda 3 boyutlu animasyonunu izleyebilirsiniz) toplanan verilerin analizi konusunda çalışmaya katkıda bulunmuş.



Antimadde incelemeleri için RHIC mükemmel bir yer, çünkü dünyada bu ele geçirilimesi zor şeyi bol miktarda üretebilen birkaç yerden biri. Bunu yapabilmek için altın gibi ağır atomların çekirdeklerini ışık hızına yakın hızlarda birbirleri ile çarpıştırıyor. Çarpışmalar sırasında ortaya çıkan koşullar, evrenin Büyük Patlama'dan mikrosaniyeler sonra bulunduğu duruma benziyor: Güneş'in merkezinden 250.000 kat daha yüksek sıcaklıkta ve tek bir atom çekirdeği büyüklüğünde. Bu denli küçük bir alana sıkışan tüm o enerji, maddenin en temel yapıtaşlarından (kuarklardan ve gluonlardan) oluşan bir plazma yaratıyor. Binlerce yeni parçacık, madde ve antimadde eşler eşit miktarda olmak üzere doğuyorlar. Tang bu çalışmayı gerçekleştirebilmelerini, yüksek miktarda antimadde üretebilmelerine borçlu olduklarının altını çiziyor.

STAR ekibinin nadir antimadde formlarını (laboratuvarda üretilen en büyük antimadde çekirdeği olan ve her biri iki antiproton ile iki antinötrondan oluşan anti-alfa parçacıkları da dahil) algılama ve üzerinde çalışma konusunda önceden deneyimi var. Geçmiş yıllarda yapılan o deneyler sayesinde, antiprotonların daha büyük ve bileşik nesnelerin içinde nasıl etkileştiklerine ilişkin bir fikir sahibi olmuşlar. Ancak o durumda antiprotonlar arasındaki kuvvetin, tüm diğer parçacık etkileşimlerinin arasına sıkışmış durumda olduğunu belirtiyor Tang. "Bu kuvvetin daha temiz bir görüntüsüne ulaşabilmek için bağlı olmayan antiprotonlar arasındaki basit etkileşimi incelemek istedik," diye ekliyor. Bu amaçla altın-altın çarpışmalarından alınan STAR verisinde antiproton çifti aramışlar.

"Bildiğimiz atomların yapıtaşları olan protonları ve onlarla neredeyse eşit sayıda olan antiprotonları görüyoruz. Antiprotonlar tıpkı protonlara benziyorlar, fakat antimadde oldukları için artı değil de eksi yük taşıyorlar. O nedenle de dedektörün manyetik alanında ters yönlü bir eğri çiziyorlar. Onlara bakarak bazı özelliklerdeki bağlaşıklıkları (korelasyonları) ölçebiliyoruz. Böylece antiproton çiftleri arasındaki kuvvet hakkında gücü ve menziline ilişkin bilgi ediniyoruz," diyor lisansüstü öğrencisi Zhengqiao Zhang.

Antiproton çiftleri arasındaki kuvvet, tıpkı protonlar arasındaki kuvvet gibi çekici. Antimadde çekirdekleri içinde bulunan antiproton ve antinötronların bağlı durumlarını zaten keşfetmiş bulunan bilimciler için elbette bu sürpriz değildi. Antiprotonlar yeterince yakın olduklarında, güçlü çekirdeksel etkileşimin çekme kuvveti, elektromanyetik etkileşimin (aynı yüklü parçacıklarda oluşturduğu) itme kuvvetini yener. Dolayısıyla atom çekirdeği içinde protonlar, hepsi artı yüklü olmalarına rağmen birbirlerini itmeden durabilirler. Anti-atom çekirdeklerinde de aynı şey antiprotonlar için geçerli oluyor.

Ölçümlere bakılırsa, doğadaki 4 temel kuvvetten biri olan güçlü çekirdeksel kuvvet madde ile antimadde arasında ayrım gözetmiyor. Dolayısıyla evrende maddenin hüküm sürüp antimaddenin kaybolmuş durumda olması konusunda güçlü etkileşimin bir suçu yok gibi görünüyor. Ekipten Richard Lednický madde ile antimadde asimetrisini sınamak için pek çok teste sahip olduklarını, bunlardan bazılarının duyarlılığı daha yüksek olsa da niteliksel açıdan yeni olması nedeniyle söz konusu testin çok önemli olduğunu vurguluyor.

 

---

Kaynak: Phys.org, "Physicists measure force that makes antimatter stick together" < http://phys.org/news/2015-11-physicists-antimatter.html >
Referans: Nature, "Measurement of interaction between antiprotons" < www.nature.com/articles/doi:10.1038/nature15724 >

---