Einstein Yine Kazandı! Kuarklar Görecelilik Yasalarına Uymayı Sürdürdü, LHC Tarafından Doğrulandı
Doğada temel parçacıklar için Einstein'ın yasalarına uymayı bıraktıkları bir gün ya da gece var mıdır? (Temel bir parçacık, daha küçük parçacıklardan oluşmayan bir parçacıktır). Bu merak uyandırıcı sorunun yanıtı, evreni yöneten fizik yasaları hakkında önemli bir şeyi ortaya çıkarabilir. Bu makalede, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bir deneyin sonuçlarını, bu konuyu özellikle top kuarkı gibi temel bir parçacıkla inceleyen sonuçlarını sunuyoruz.
Önemli noktaları göster
- Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki bilim insanları, top kuarkının her zaman Einstein'ın özel görelilik kurallarına uyup uymadığını doğrulamak için tekil bir deney gerçekleştirdi.
- Çalışma, gözlemcinin sabit hızı veya yönüne bakılmaksızın fizik yasalarının sabit olduğunu varsayan görelilikteki temel bir ilke olan 'Lorentz simetrisini' test etmeye odaklandı.
- Bazı teoriler, bu simetrinin çok yüksek enerjilerde kırılabileceğini ve bu durumun parçacık fiziğinin Standart Modeli'ne ilişkin anlayışımızı potansiyel olarak değiştirebileceğini öneriyor.
-
- CMS ekibi, top kuark üretim oranlarında değişiklik olasılığını incelemek için 2015 ile 2018 yılları arasındaki proton-proton çarpışma verilerini kullandı.
- Veri analizinde Lorentz simetri kırılması kanıtı bulunamadı, bu da Einstein'ın teorisinin geçerliliğini destekliyor.
- LHC'nin üçüncü operasyonel turunda ekip, Lorentz simetrisi ihlaline dair potansiyel işaretleri aramak için daha yüksek enerjiler kullanmayı planlıyor.
- Deney, Higgs bozonu ve yalnızca LHC gibi çarpıştırıcılarda test edilebilecek W ve Z bozonları gibi diğer ağır parçacıkları incelemek için gelecekteki olasılıkları açıyor.
Deney:
Dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı LHC) üzerinde gerçekleştirilen çığır açan bir deneyde, bilim insanları evrendeki en ağır temel parçacığın her zaman 1905'te yayımlanan ve onu küresel üne taşıyan Einstein'ın özel görelilik teorisine uyup uymadığını keşfetmeye çalıştılar.
Daha spesifik olarak, LHC'deki Kompakt Müon Solenoidi'ni (Kompakt Müon Solenoidi CMS) yöneten ekip, "Lorentz simetrisi" olarak bilinen özel göreliliğin temel kurallarından birinin top kuarkına sürekli olarak uygulanıp uygulanmadığını belirlemek istedi. Lorentz simetrisi, fizik yasalarının ivmelenmeyen (yani sabit hızda hareket eden) tüm gözlemciler için aynı kalması gerektiğini savunur. Bu, deneyin sonuçlarının uygulanış yönü veya hızıyla bağımsız olması gerektiğini ima eder. Ancak bazı teoriler, çok yüksek enerjilerde özel göreliliğin Lorentz ihlali ya da Lorentz simetri kırılması nedeniyle başarısız olabileceğini öne sürer. Sonuç olarak, fizik yasaları farklı referans çerçevelerindeki gözlemciler için farklılık gösterebilir, bu da deneysel gözlemlerin deneyin uzay ve zaman sürekliliğinde (dört boyutlu uzay ve zaman sürekliliği) yönlenmesine bağlı olacağı anlamına gelir.
Bu durum, parçacık fiziğinin Standart Modeli de dahil olmak üzere evren hakkındaki pek çok en iyi teorimizin temellerini sarsabilir. CMS grubu bir açıklamada şöyle dedi: "Lorentz simetri kırılmasının kalıntıları LHC'de kullanılanlar gibi daha düşük enerjilerde gözlemlenebilir, ancak önceki çabalara rağmen bunlar LHC veya diğer çarpıştırıcılarda bulunamamıştır."
Bu nedenle, CMS ekibi doğadaki en ağır temel parçacık olan -top kuarkı- çiftleri kullanarak Lorentz simetri kırılmasının bu kalıntılarını bulmak için bir arayışa girdi.
Her Saate Kuark:
Parçacık fiziğinin Standart Modeli'nde, kuarklar protonlar ve nötronlar gibi parçacıkları oluşturmak için bir araya gelen parçacıklardır. Altı tür kuark vardır, kütlelerine göre en azdan en yükseğe doğru sıralandıkları "tatlar": yukarı, aşağı—protonlar ve nötronları oluşturanlar—tuhaf, çekici, alt ve üst. En ağırı ise, yaklaşık olarak bir altın atomu kütlesine (yaklaşık 173 giga-elektron volt, enerji birimleriyle ölçülen bir kitle, geleneksel kitle birimlerine dönüştürülmesi gereken, madde ve enerjinin eşdeğerliğini tanımlayan ünlü formülü E=mc² olan) sahip olan top kuarktır. CMS araştırmacıları, LHC'de ışık hızına yakın hızlarda hızlandırılan protonlar arasındaki çarpışmaların yöne bağlı olması durumunda, bu tür olaylar tarafından üretilen top kuark çiftlerinin üretim hızının zamanla değişmesi gerektiği sonucuna vardı. Bunun nedeni, Yer döndükçe bu parçacık hızlandırıcı çarpışmalar tarafından üretilen proton ışınlarının yönünün değişmesidir. Dolayısıyla, bu tür çarpışmalar tarafından üretilen toplar kuarkların yönü de değişmelidir. Özetle, üretilen kuark sayısı, bu çarpışmaların hangi saatte gerçekleştiğine bağlı olmalıdır.
Dolayısıyla, uzay-zaman sürekliliğinde tercih edilen bir yön ve Lorentz simetri kırılmasının işaretleri varsa, LHC'deki top kuark çiftlerinin üretim oranının sabitlikten sapması ve bu oran günün saatine göre değişmelidir!
2015 ile 2018 yılları arasında gerçekleştirilen LHC'nin ikinci çalışmasından elde edilen verilerle, CMS ekibi böyle bir sapma bulamadı. Bu, Lorentz simetri kırılması kanıtı bulamadıkları anlamına gelir, yani proton ışınlarının yönlendirilme şekline (veya çarpışmaların gerçekleştiği saate) bakılmaksızın Einstein'ı alt eden bir işaret yoktur. Einstein'ın görecelik teorisi her saat güvende. En azından şimdilik.
Gelecek:
Gelişmiş Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın üçüncü ve en güçlü operasyonel turu 2022'de başladı ve önümüzdeki yıl son bulması planlanıyor. Ekip, daha yüksek enerjili proton-proton çarpışmalarındaki Lorentz simetrisi kırılması işaretlerini arayacak. CMS ekibi açıklamalarında şöyle dedi: "Bu sonuçlar, LHC'nin üçüncü operasyonel turundan elde edilen top kuarkı verilerine dayalı Lorentz simetrisi kırılması ile ilgili gelecekteki araştırmalara zemin hazırlıyor. Ayrıca, yalnızca LHC'de araştırılabilecek Higgs bozonu ve W ve Z bozonları gibi diğer ağır parçacıklarla ilgili süreçleri incelemenin kapılarını açıyor," ve bu başka bir hikaye."