CERN araştırmacılarının dokuz yıllık çabasının sonunda πΚ (pion-kaon) atomları statüsüne erişti ve Eylül 2016`da Physical Review Letters dergisinde yayımlanan bir makale ile bulgular paylaşıldı. π ve Κ mezonlarının, atoma benzer biçimde bağlanmış durumları, DIRAC (İng. Dimeson Relativistic Atom Complex) projesinde çalışan fizikçiler tarafından keşfedildi. DIRAC'ta ilk kez 2007'de fark edilen bu atomun iki türü oluyor: π^-Κ⁺ and π⁺Κ^-.

DIRAC verilerinde beliren bu mezonik atomların (mezonların, atom benzeri bağ yapmış durumlarının) istatistiksel anlamlılığı 5σ (5 sigma) standartından uzak olduğu için bir keşif olarak duyurulmuyordu. Şimdi ise arka plan etkilerini anlayıp azaltmayı ve algıç özelliklerini iyileştirmeyi kapsayan dokuz yıllık çalışmaların ardından, ekip 5,6σ düzeyinde anlamlılıkla toplamda 349 πΚ atomu gözlemledi.

Atomlar, 24 GeV/c protonların Proton Sinkrotronu tarafından ince nikel bir hedefe ateşlenmesi ile üretildi. Bu atomlar üzerinde yapılacak çalışmaların, kuarklardan oluşan parçacıkların (örneğin mezonların) özelliklerini hesaplamak için Kuantum Renk Dinamiği'nin kullanılmasına yönelik daha iyi hesaplama stratejilerine yardımcı olabileceği düşünülüyor.

Egzotik Parçacıklar

Fizikçiler uzun zamandır pion (π) ve kaon (K) parçacıklarının bağlanarak, πK atomları oluşturabileceğinden kuşkulanıyordu. Ancak böyle egzotik bir parçacık çiftini gören olmamıştı. Pionları ve kaonları tek başlarına saptamak zaten yeterince nadir olan bir olayken, bilimcilerin bunları çift halinde görebilecekleri tek yer çarpıştırıcının içindeki yüksek enerjili ışınım olabilirdi.

İlk olarak 2007 yılı verilerinde rastladıkları pion-kaon atomlarına, 2008 ve 2010 yılları arasında yapılan deneylerde de rastlamaya devam eden araştırmacılar, DIRAC'ın tüm algıçlarından gelen gözlemleri kullanarak ve gelişmiş veri çözümleme yöntemlerinden yararlanarak, yüzlerce πK atomunun varlığına ilişkin açık kanıtlar elde etmeyi başardı. Şimdi bu parçacık ikililerinin, doğanın temel kuramlarından biri olan Kuantum Renk Dinamiği (KRD) hakkında nelerin gün yüzüne çıkmasına yardımcı olabileceklerini merak ediyorlar.

Yapboz Parçaları Teker Teker Geliyor

Kuantum Renk Dinamiği, pionların ve kaonların da yapıtaşı olan kuarkların, evrendeki maddeyi oluşturmak için nasıl birbirlerine bağlanabildiklerini tanımlayan matematiksel bir kuramdır. Yani eğer kuarkların doğada nasıl davrandıklarına ilişkin bütüncül tablo bir yapboz ise KRD'yi yapboz kutusunun üstüne basılmış olan ve parçalar yerli yerine oturduğunda ortaya çıkacak resmin neye benzeyeceğini belirten fotoğraf gibi düşünebiliriz. Ne yazık ki KRD matematiği öylesine dallı-budaklı ki, fizikçiler sınama yapabilecekleri öngörüler çıkarsamakta zorlanıyor. Anlayacağınız, KRD yapbozunun kutu kapağındaki baskı pek net değil.

Yine de yapılan her yeni kuark bileşimi gözlemi, araştırmacılara yeni bir yapboz parçası veriyor. Artık ellerinde πK parçası var. Bundan sonraki adım, bu mezonik atomun özelliklerini iyice anlayıp, tablonun bütününe ne gibi katkılar yapabileceğini görmek.