Doğrudan CP (yük-parite) simetri kırılmasının ilk hesaplaması geçtiğimiz günlerde uluslararası bir fizikçi ekibi tarafından gerçekleştirildi. CP simetri kırılması, atomaltı parçacıkların (bu deneyde kaonların) davranışlarının, madde ile antimadde yer değiştirdiğinde nasıl farklılaştığını belirtiyor. Eğer bu hesaplamanın temsil ettiği öngörü deneysel sonuçlara uymazsa, Standart Model'in ötesinde bir görüngü ile karşı karşıyayız demektir.

Araştırmanın sonuçları Physical Review Letters dergisinin 20 Kasım 2015 tarihli sayısında yayımlandı. Şimdilik deney ile kuram arasında pek fark yok gibi görünüyor, fakat hesaplama sonuçlarının duyarlılığının artmasıyla beraber yeni fiziğin belirme olasılığı halen bulunuyor.

"Doğrudan simetri kırılması adı verilen bu etki çok ufak ve milyonlarca bozunumun sadece birkaçında görülüyor," diyor hesaplamayı yapan ekipten Brookhaven fizikçisi Taku Izubuchi. Bu hesaplamanın ilk ve daha kolay bölümünden çıkan sonuçlar aynı ekip tarafından 2012'de yayımlanmıştı. Fakat ancak şimdi, hesaplamanın ilk bölümünden yüzlerce kez daha zor olan ikinci bölümünün de tamamlanmasıyla beraber doğrudan CP kırılmasının ölçülen büyüklüğü ile karşılaştırma yapmak mümkün olabilecek. Hesaplamanın bu son basamağı süperbilgisayarların 200 milyon çekirdek işlem saatinden fazla süre aldı. Bunu yapmanın bir dizüstü bilgisayar ile iki bin yıl alacağını belirtiyor Izubuchi.

Yapılan hesaplama Standart Model tarafından öngörülen simetri kırılma etkisinin büyüklüğünü belirliyor. Sonuçlar CERN ve FermiLab'dan gelen deneysel sonuçlarla karşılaştırılıyor. Columbia Üniversitesi'nden Robert Mawhinney şöyle diyor: "Standart Model ile karşılaştırmak için bu özellikle iyi bir nokta, çünkü etkinin çok küçük olması yeni görüngülerin belirme şansını arttırıyor."

Edinburgh Üniversitesi'nden Peter Boyle şunları ekliyor: "Bu doğrudan CP kırılması hesaplamasından çıkan sonuçlar deneysel ölçümlerde uyumlu olsa da ve Standart Model'e uymayan herhangi birşey söylemiyor olsa da, hesaplamanın hassaslık mertebesinin iki yıl içinde iki katına çıkmasını bekliyoruz. Dolayısıyla Standart Model'e uymayan görüngülerle karşılaşma olasılığımız halen var."

Madde-antimadde asimetrisi

Fizikçilerin şu anki evren anlayışı, parçacıklar ile antiparçacıkların (kütleleri aynı, yükleri ters işaretli) farklı davranmalarını gerektiriyor. Sadece madde-antimadde asimetrisi ile evreni açıklamayı umabilirler. Evrenin oluşumu sırasında eşit miktarda madde ile antimadde oluştu, ama şu anda neredeyse tamamen maddeden ibaret. Eğer ortada bir asimetri olmasaydı, madde ile antimaddenin birbirlerini yok ederek, geriye maddesel olmayan ışık parçacıkları bırakmalarını beklerdik.

CP kırılması olarak bilinen madde-antimadde asimetrisine ilişkin ilk deneysel kanıt 1964 senesinde Brookhaven Laboratuvarı'nda keşfedildi. Nobel ödüllü o deney aynı zamanda kaonların bozunumu ile ilgiliydi ve şu anda "doğrudan olmayan CP kırılması" denilen olayı gösteriyordu. Bu kırılma, yüksüz kaonların iki farklı tipindeki çok hafif bir kusurluluktan kaynaklanıyordu.

Yeni çalışmada yapılan hesaplamanın hedefi çok daha nadir rastlanan bir görüngü: Madde ile antimadde bozunum olasılıkları arasındaki milyonda birlik fark. Bu "doğrudan CP kırılması"nın nadirliği, deneysel kanıt bulmayı çok zorlaştırıyor. 1964'teki doğrudan olmayan CP kırılmasının keşfinden sonra başlayan ve yoğun bir uğraşın sonucu.

Madde-antimadde simetrisinin bu iki örneği çok farklı büyüklükte olsalar da, Makoto Kobayashi ve Toshihide Maskawa tarafından ortaya konulan ve 2008 Nobel Fizik Ödülü alan önemli bir kuram tarafından ilişkilendirilmişlerdir. Kuram CP kırılmasının son derece zarif ve basit bir açıklamasını sunarak, hem 1964'teki deneyi hem de sonraları KEK ve SLAC laboratuvarlarında yapılan deneylerden alınan ölçümleri açıklamayı başarıyor.

"Bu yeni hesaplama bu kuram için bir diğer sınama. Standart Model testi geçti; en azından şu anki duyarlılık düzeyi için," diyor Brookhaven'dan ekip üyesi Christoph Lehner. Standart Model, 1964'te ve sonraları yapılan deneylerde görülen madde-antimadde asimetrilerini başarılı bir biçimde ilişkilendirse de, bu Standart Model asimetrisi bugünki evrende görülen maddenin antimaddeye kıyasla çokluğunu açıklamada yetersiz kalıyor.

"Bizim varolmamızı sağlayan madde üstünlüğünden sorumlu olan başka bir mekanizma olması gerektiği sonucunu çıkarıyoruz buradan. Milyonda birlik doğrudan CP kırılması bunu görmek için iyi bir yere benziyor. Yeni hesaplama ile 2000 senesindeki deneysel sonuçları karşılaştırdığımızda yaklaşık olarak uyuşuyorlar; dolayısıyla daha iyi bakmamız lazım. Ekibimiz de bunu planlıyor zaten," diyor RIKEN'den ekip üyesi Christopher Kelly.

 

---

Kaynak: Phys.org, "Supercomputing the strange difference between matter and antimatter"
< http://phys.org/news/2015-11-supercomputing-strange-difference-antimatter.html >

---