İki ağır çekirdek (beyaz daireler) arasındaki göreli ağır iyon çarpışmasında üretilen kuark-gluon plazmasının (küçük kırmızı, yeşil ve mavi daireler) bir karikatürü. Çarpışma, ağır bir kuark (kırmızı “Q”) ve bir ağır kuark-antikuark çifti (yeşil “QO”) üretir. Kredi: Görüntü, Bruno Scheihing-Hitschfeld ve Xiaojun Yao’nun izniyle
Bilim adamları, atom çekirdeğini oluşturan parçacıklar olan kuarkların ve gluonların özelliklerinin incelenmesinde, bir sorunu çözerek önemli bir adım attılar. “eksenel ölçü” olarak bilinen teorik bir hesaplama yöntemiyle ilgili uzun süredir devam eden bir sorun. MIT ve Washington Üniversitesi araştırmacıları, yöntemin yanlışlıkla kuark-gluon plazmasının iki özelliğinin aynı olduğunu öne sürdüğünü buldu. Ayrıca, Elektron-İyon Çarpıştırıcısı ile gelecekteki deneylerde test edilmek üzere gluon dağılımı ölçümü hakkında bir tahminde bulundular.
Bilim
Atom çekirdeğinin yapı taşları protonlar ve nötronlar, bunlar daha da temel parçacıklardan oluşur: kuarklar ve gluonlar. Bu parçacıklar, doğanın dört temel kuvvetinden biri olan “güçlü” kuvvet aracılığıyla etkileşirler. Her atomun kalbindeki çekirdeği oluştururlar. Ayrıca egzotik özellikler sergileyen sıcak veya yoğun nükleer madde formları oluştururlar. Bilim adamları, göreli ağır iyon çarpışma deneylerinde sıcak ve soğuk nükleer maddenin özelliklerini inceliyorlar ve bunu gelecekteki Elektron-İyon Çarpıştırıcısını kullanarak yapmaya devam edecekler. Nihai hedef, güçlü kuvvetlerden etkilenen temel parçacıklardan karmaşık madde biçimlerinin nasıl ortaya çıktığını anlamaktır.
Etki
Kuvvetli kuvveti içeren teorik hesaplamalar karmaşıktır. Bu karmaşıklığın bir yönü, bu hesaplamaları gerçekleştirmenin birçok yolu olduğu için ortaya çıkar. Bilim adamları bunlardan bazılarına “ölçer seçenekleri” diyor. Bir deneyde ölçülebilen herhangi bir niceliğin hesaplanması için tüm ölçü seçenekleri aynı sonucu vermelidir. Bununla birlikte, “eksenel ayar” olarak adlandırılan belirli bir seçim, bu seçimi yaptıktan sonra tutarlı sonuçlar elde etmedeki zorluklar nedeniyle bilim adamlarını yıllarca şaşırttı. Yakın zamanda yapılan bu çalışma, bu bilmeceyi çözüyor ve mevcut ve gelecekteki deneylerde test edilebilecek sıcak ve soğuk nükleer madde özelliklerinin güvenilir hesaplamalarının yolunu açıyor.
Özet
Nükleer maddenin egzotik biçimi fizikçilerin göreli ağır iyon çarpışmalarında çalıştıkları kuark-gluon plazması (QGP) denir. Bu madde formu erken evrende vardı. Fizikçiler, Big Bang’den sonra en son görülen mikrosaniyeler içinde aşırı yüksek sıcaklıkları yeniden yaratarak ağır iyon çarpışma deneylerinde özelliklerini keşfederler. Fizikçiler çarpışmalardan elde edilen deneysel verileri analiz ederek ve bunları teorik hesaplamalarla karşılaştırarak QGP’nin çeşitli özelliklerini tespit edebilirler. Daha önce, “eksenel ayar” adı verilen bir hesaplama yönteminin kullanılması, ağır kuarkların QGP içinde nasıl hareket ettiğini açıklayan iki QGP özelliğinin aynı olduğunu ima ediyor gibiydi.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve Washington Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, şimdi bu imanın yanlış olduğunu gördü. Çalışma aynı zamanda eksenel mastarın ne zaman kullanılabileceğine ilişkin ince koşulları da dikkatlice analiz etti ve iki özelliğin neden farklı olduğunu açıkladı. Son olarak, gluonların çekirdekler içinde nasıl dağıldığını ölçmek için iki farklı yöntemin farklı sonuçlar vermesi gerektiğini gösterdi. Gluonlar, güçlü kuvveti taşıyan parçacıklardır. Bu tahmin, gelecekteki Elektron-İyon Çarpıştırıcısında test edilecektir.
Referans: “Abelian Olmayan Alan Kuvvet Korelatörlerinin Ölçü Değişmezliği: Eksenel Ölçü Bulmacası”, Bruno Scheihing -Hitschfeld ve Xiaojun Yao, 2 Şubat 2023, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.130.052302
Bu çalışma, Energy Office of Science, Office tarafından desteklenmektedir. Nükleer Fizik ve Bilim Ofisi, Nükleer Fizik Ofisi, InQubator for Quantum Simulation (IQuS) tarafından.