Evrenin ilk mikrosaniyelerinde sıcaklık trilyonlarca dereceye ulaşıyor ve ortam kuark ve gluonlardan oluşan çok sıcak bir karışımla doluyordu. Kuark-gluon plazması (QGP) olarak bilinen bu hâl yalnızca saniyenin milyonda birkaçı kadar sürdü; plazma soğuyup kuarklar ve gluonlar proton, nötron ve bugünkü evrendeki diğer parçacıkları oluşturacak şekilde birleşti. CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) fizikçiler bu maddeyi yeniden yaratarak genç evrenin bileşenlerini araştırıyor.
Plazma bir sıvı gibi davranıyor
MIT’li fizikçilerin liderlik ettiği bir CERN ekibi, kuarkların bu plazmada, bir ördeğin suda ilerlerken bıraktığı dalgalara benzer “dalgalar” oluşturduğuna dair açık kanıt buldu. Bulgular, kuark-gluon plazmasının hızlı hareket eden parçacıklara birbirinden bağımsız saçılan bir parçacık topluluğu gibi değil, bütünleşik bir sıvı gibi yanıt verdiğine dair ilk doğrudan kanıt niteliğinde. MIT’den Prof. Yen-Jie Lee, alanda uzun süredir plazmanın bir kuarka tepki verip vermemesi gerektiğine dair tartışma olduğunu, şimdi plazmanın bir kuarkı yavaşlatacak kadar yoğun olduğunu ve sıvı gibi sıçramalar ve girdaplar ürettiğini söylüyor.
QGP’nin evrendeki ilk sıvı olduğu ve bilinen en sıcak sıvı olduğu düşünülüyor; birkaç trilyon santigrat dereceye ulaştığı tahmin ediliyor. Bazı bilim insanları ise onu neredeyse “mükemmel” bir sıvı olarak tanımlıyor: Kuarklar ve gluonlar, sürtünmesi neredeyse hiç olmayan son derece pürüzsüz bir akışkan gibi birlikte hareket ediyor.
Dalgaları görmek neden zordu?
MIT’den Krishna Rajagopal ve işbirlikçilerinin geliştirdiği “hibrit model”, plazmadan enerjik parçacıklar geçtiğinde sıvı gibi tepki vermesi gerektiğini öngörüyor. Buna göre hızla hareket eden bir kuark jeti çevresindeki plazmayı bozmalı, geride bir iz bırakarak malzemenin dalgalanmasına ve sıçramasına yol açmalı. Fizikçiler bu izleri yıllardır LHC’de ve diğer yüksek enerjili hızlandırıcılarda arıyordu.
Deneylerde kurşun gibi ağır iyonlar ışık hızına yakın hızlara çıkarılıp çarpıştırılıyor. Çarpışmalar, bir saniyenin katrilyonda birinden kısa süre yaşayan küçük ilkel madde damlacıkları oluşturuyor. Araştırmacılar bu kısacık anın bir anlık görüntüsünü alıp ortaya çıkan parçacık desenlerinden plazmanın özelliklerini yeniden kurmak zorunda.
Önceki aramalar çoğunlukla bir kuark ve bir antikuarktan oluşan çiftlere odaklanıyordu. Bir kuark plazmada hızla ilerlediğinde, ters yönde aynı hızla giden bir antikuark da üretilebiliyor. Bilim insanları iki parçacığın da algılanabilir dalgalar bırakmasını bekliyordu. Ancak Lee’ye göre iki kuark zıt yönlere gittiğinde birinin dalgası diğerininkini gölgeleyebiliyor. Ekip, tek bir kuarkın bıraktığı dalganın, ikinci bir kuark girişim yaratmadığında çok daha kolay fark edilebileceğini fark etti ve bunu saptamak için yeni bir teknik geliştirdi.
Sırada ne var?
Araştırmacılar bu yöntemi daha fazla çarpışma verisine uygulayarak daha çok örnek bulmayı planlıyor. Dalgaların ne kadar büyüdüğünü, ne kadar hızlı ilerlediğini, ne kadar uzağa yayıldığını ve ne kadar sürede söndüğünü ölçmek, plazmanın önemli özelliklerini ortaya koyabilir. Lee, kuark dalgalarının ileri geri sekmesini incelemenin plazmanın özellikleri hakkında yeni bilgiler vereceğini ve bu deneyle “ilkel kuark çorbasının bir anlık görüntüsünü” aldıklarını söylüyor. Çalışma, CERN’deki Kompakt Müon Selenoidi (CMS) deneyi verileriyle yürütüldü ve CMS İşbirliği üyeleri tarafından hazırlandı.
Bulgu, evrenin ilk anlarına dair modellerin sınanması açısından önemli. Kuark dalgaları ölçülebilir hâle geldikçe, plazmanın yoğunluğu ve akışkanlığı gibi özellikler daha doğru belirlenebilecek.
Kapak fotoğrafı: SimonWaldherr / Wikimedia Commons (CC BY-SA 4.0)
