Bir protonu bir araya getiren şey, onun kimliğini tanımlayan bir anahtar olabilir

Bir Protonu Birleştiren “Yapıştırıcı”, Kimliğini Belirleyen Anahtar Olabilir

Bilim insanları, kuark adı verilen bu madde parçacıklarının baryon sayısına sahip olduğu varsayımındaydı. Ancak bazı fizikçiler, baryon sayısının aslında Y şeklinde bir gluon yapısı tarafından taşınabileceğini savunuyor. Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’ndaki Relativistic Heavy Ion Collider’da (RHIC) yapılan deneylerde, atom çekirdeklerinin neredeyse ışık hızında çarpıştırılmasıyla ortaya çıkan parçacıkların türleri ve açılar, Science dergisinde yayımlanan araştırmaya göre, gluon modelini kuark modelinden daha iyi açıklıyordu.

Uzun zamandır bilim insanları, protonlardaki baryon sayısının her bir kuark tarafından taşındığını düşünüyordu. Ancak bu yeni çalışma, baryon sayısının aslında Y şeklinde bir gluon yapısı tarafından taşınabileceğini gösteriyor. Bu durum, parçacıkların davranışlarını anlamak için önemli sonuçlar doğurabilir.

“Uzun süre, iki model arasındaki farkı ayırt edemiyorduk,” diyor Kaliforniya’daki Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan fizikçi Spencer Klein. “Bu çalışma, ilk kez bu ayrımı yapabildiğimizi gösteriyor.”

Protonlar ve nötronlar, üç ana kuarktan ve gluonlardan oluşan baryon adı verilen bir partikül sınıfına aittir. (Ayrıca, kısa ömürlü kuark-antikuar çiftleri de sürekli olarak bu parçacıkların içinde bulunur.) Baryonların baryon sayısı 1’dir. Antibaryonlar, örneğin antiprotonlar, -1 baryon sayısına sahiptir. Bu kuantum mekaniksel özelliğin toplamı, bilim insanlarının gözlemlediği tüm reaksiyonlarda korunur. Bu da protonların neden bozunmadığını ve atomların neden sürekli olarak var olabildiğini açıklar.

Geleneksel görüşe göre, bir protondaki baryon sayısının 1 olması için her bir kuarkın 1/3 baryon sayısına sahip olması gerekiyordu. Ancak, tek bir kuark ayrıldığında, 1/3’lük bir baryon sayısı elde edilmez. Bunun yerine, bu kuark bir antikuarkla birleşerek sıfır baryon sayısına sahip bir mezon oluşturur ve orijinal baryon içindeki eski kuarkın yerini yeni bir kuark alır. Alternatif bir fikir ise, baryon sayısının 1’in üç kuarkı birbirine bağlayan Y şeklinde bir yapı olan baryon bağlantısı tarafından taşındığıdır.

Bu ayrım ilk bakışta küçük gibi görünse de, “ancak somut sonuçları var,” diyor Ohio’daki Kent State Üniversitesi’nde bu çalışmada yer alan ve şu anda Illinois’deki Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda bulunan Chun Yuen Tsang. “Parçacıkların bir çarpışma sırasında nasıl yayıldığı, kullanılan modele bağlı olarak farklıdır. Bu sadece bir terminoloji meselesi değil.”

RHIC’de üretilen atom çekirdeklerinin çarpışmalarında, bazı parçacıklar orijinal hıza göre devam ederken, diğerleri durdurulur ve hıza dik yönde dışarı atılır. Gluon bağlantısı modeline göre, kuarklar protonun momentumunun daha büyük bir kısmını taşır, bu da onları durdurmayı zorlaştırır. Eğer kuark modeli doğruysa, yayılan baryon sayısının (yayılan antibaryon sayısından çıkarıldığında) hıza dik yönde daha fazla olacaktır. Ancak, bağlantı baryon sayısını taşıyorsa, bu sayı hıza dik yönde artmalıdır. Araştırmacılar, farklı türdeki çarpışmalarda tam olarak bunu gözlemlediler.

“Bu bulgular, gluon bağlantısı modelinin desteklendiğini güçlü bir şekilde gösteriyor,” diyor Detroit’teki Wayne State Üniversitesi’nden teorik fizikçi Chun Shen. “Ancak bu henüz kesin kanıt değil.” Daha sağlam bir sonuç elde etmek için, teorik fizikçilerin tahminlerini iyileştirerek deneysel verilerle daha iyi bir karşılaştırma yapması gerekiyor. Yeni bilgiler, Relativistic Heavy Ion Collider’in yerini alacak olan gelecekteki Elektron-İyon Çarpıştırıcısı’ndan da gelebilir.

Ancak herkes bu ayrımın o kadar önemli olup olmadığına katılmıyor. “İki model de uyumlu olabilir ve birbirleriyle çelişmez,” diyor Kuzey Carolina’daki East Carolina Üniversitesi’nden teorik fizikçi Zi-Wei Lin. Bunun nedeni, bağlantının bağımsız olarak var olmamasıdır.

Ancak proton söz konusu olduğunda, gluonların beklenenden daha önemli bir rol oynadığına dair kanıtlar bulunmaktadır. Daha önce de gluonların protonun kütlesinin ve spinin önemli bir kısmını oluşturduğu gösterilmiştir. Belki de baryon sayısı da bu eğilimi takip etmektedir.