Bazen En İyi Keşifler Aradığınız Şeyler Değil

Markete süt almaya gittiniz de elinizde dolu bir sepetle mi döndünüz? Fizikçiler de tam olarak bunu yaşadı. Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Merkezi'ndeki bilim insanları süt aramaya çıkmış, altın aramışlardı — ya da parçacık fiziği dilinde söyleyecek olursak, Y(2175) diye bir parçacık arıyorlardı. Karşılarına çıkan şey ise tamamen beklenmedik iki yeni yapı oldu.

Bu noktada belki de aradıklarını bulamamış sayılmazlar. Belki de çok daha önemli bir şey buldular.

"Fotoğton ışını kullanarak onaylanmış bir XYZ adayı aradık ama karşımıza başka iki yapı çıktı," dedi Jefferson Lab'den Malte Albrecht. "Bu yeni bir bilgi."

Fizikte 'yeni bilgi' genellikle "evrenin kapısını araladık" demektir aslında.

XYZ Durumları Nedir?

İşler burada ilginçleşiyor. Hatırlarsınız, atomlar proton, nötron ve elektronlardan oluşuyor. Protonlar ve nötronlar da kuark denilen daha küçük parçacıklardan. Standart model buydu. Ama evren her zaman beklediğimiz gibi davranmıyor.

XYZ durumları tam olarak bu düzeni bozan parçacıklar. Ne bildiğimiz kuark-antikuark çiftleri (mezonlar) ne de standart üç kuarklı yapılar (proton ve nötronlar gibi). Bunlar başka bir şey gibi görünüyor.

Belki uyarılmış gluonlar içeren "hibrit" parçacıklar. Belki dört kuarklı yapılar, yani "tetrakuarklar". Belki de aklımıza bile gelmemiş bir şey.

"Meslektaşlarımdan biri 1950'leri hatırlattığımı söyledi," dedi projede çalışan fizikçi Frank Nerling. "O dönemde araştırmacılar birdenbire bir 'hayvanat bahçesi' dolusu parçacık keşfetti. Şimdi benzer bir şey yaşıyoruz — egzotik durumların hayvanat bahçesi."

Y(2175) Bilmecesi

Y(2175)'e dönelim. 2006'da SLAC'daki BaBar deneyinde ilk kez görülen bu parçacık, yaklaşık yirmi yıldır fizikçilerin kafa karışıklığına neden oluyor.

Neden garip? Her şeyden önce "strangeonium" bölgesinde yaşıyor — yani tuhaf kuarklar içeren parçacıkların mahallesinde. Ama Y(2175) biraz tuhaf davranıyor. Kuantum özellikleri normal bir kuark-antikuark çiftinden beklediğimizle uyuşmuyor.

Sorun şu: bilim insanları onu her bulduklarında aynı yöntemi kullanıyordu — elektron ve pozitronları çarpıştırmak. Sanki bir kuş türünü hep aynı ormanda arıyormuşsunuz gibi. Başka yerlerde de olabileceğini düşünmeye başlıyorsunuz.

İşte GlueX deneyi burada devreye giriyor.

Farklı Bir Bakış Açısı

Yeni keşfi gerçekten ilginç kılan şey bu: araştırmacılar bu kez bir proton hedefe fototon ışını çarptırdı. Daha önce Y(2175)'i görmek için kullanılan elektron-pozitron çarpışmalarından tamamen farklı bir yöntem bu.

Şöyle düşünün: Dört yapraklı yoncaları hep güneşli çayırlarda aradınız. Sonra bir gün gölgeli orman tabanına bakmaya karar verdiniz ve orada sadece daha fazla dört yapraklı yonca değil, daha önce kimsenin bilmediği iki tamamen yeni yonca türü buldunuz.

Temel olarak olan buydu.

"Yeni bir dönemdeyiz," dedi Nerling. Ve haklı. Standart Model'in parçacık davranışı hakkında bize net yanıtlar verdiği onlarca yılın ardından, aniden kategorilerimize sığmayan egzotik parçacıklarla doluyuz.

Neden Önemli?

Mantıklı bir soru. Çoğumuz parçacık fizikçisi değiliz ve bunun salı günümüzü doğrudan etkileme ihtimali düşük.

Ama mesele şu: Gerçekliğin en temel seviyesinde nasıl işlediğini öğreniyoruz. Güçlü nükleer kuvvet — doğanın dört temel kuvvetinden biri — kuarkları bir arada tutarak gördüğümüz her şeyi oluşturuyor. Bu egzotik XYZ durumları, güçlü kuvvetin tam olarak beklenmedik yapılar oluşturmasının sonucu.

Her seferinde modellerimizi zorlayan bir şey keşfettiğimizde soru şu: Anlayışımız mı eksik? Yoksa evren bizim verdiğimizden daha yaratıcı mı?

Bu sonuçlara bakılırsa? Ben evrenin daha yaratıcı olduğuna bahse girerim.

Av Devam Ediyor

Peki sonra ne olacak? Araştırmacıların bu iki yeni yapıyı doğrulaması ve tam olarak ne olduklarını anlaması gerekecek. Hibritler mi? Tetrakuarklar mı? Yoksa tamamen başka bir şey mi?

İyi haber şu: Birden fazla algılama yöntemine sahip olmak — foton ışınları ve elektron-pozitron çarpışmaları — bilim insanlarının notları karşılaştırmasına ve daha bütünlüklü bir resim oluşturmasına olanak tanıyor. Sanki aynı gizemli olay için birden fazla tanığın olması gibi — ne kadar çok bakış açısı, hikaye o kadar net.

Ve dürüstçe söyleyecek olursam, bu fizikçilerin beklenmedik bir şeyle karşılaşmasını sevdim. Bilim nadiren sorudan yanıta düz bir çizgi izler. En iyi keşifler genellikle evren sizi şaşırttığında gözlerinizi açık tuttuğunuzda gelir.

Malte Albrecht çok güzel özetledi: "Bu yeni bir bilgi."

Yeni bilgi. Ve bir alanda sürekli olarak ne kadar çok şey bilmediğimiz hatırlatılıyorken, bu başlangıç noktası fena değil aslında.