Şekil Değiştiren Çarpışmalar Erken Evrenin Sırlarını Araştırıyor

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda ışık çekirdekleri arasındaki ilk yüksek enerjili çarpışmalar, neon çekirdeklerinin alışılmadık "bowling pini" şeklini doğruluyor ve Büyük Patlama'nın ardından oluşan maddenin aşırı durumunu incelemek için yeni bir araç sunuyor.

Bu yaz, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) temiz bir nefes aldı. Normalde proton ışınlarıyla dolu olan 27 km'lik halka, ilk oksijen-oksijen ve neon-neon çarpışmalarına olanak sağlamak için yeniden yapılandırıldı.  ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb deneyleri tarafından altı günlük bir süre boyunca kaydedilen yeni verilerden elde edilen ilk sonuçlar, 7-12 Eylül tarihleri ​​arasında Tayvan, Taipei'de düzenlenen Başlangıç ​​Aşamaları konferansında sunuldu

 Atom çekirdeklerini birbirine çarptırmak, fizikçilerin kuark-gluon plazmasını (QGP) incelemelerine olanak tanır. Bu plazma, atomlar oluşmadan önceki ilk mikrosaniyelerdeki Evrenin koşullarını taklit eden maddenin aşırı bir halidir. Şimdiye kadar, LHC'de serbest parçacıkların bu sıcak ve yoğun halinin keşfi, oluşan plazma damlacığının boyutunu en üst düzeye çıkaran ağır iyonlar (kurşun veya ksenon gibi) arasındaki çarpışmalara dayanıyordu.

Oksijen gibi daha hafif iyonlar arasındaki çarpışmalar, QGP'nin özelliklerini ve evrimini daha iyi anlamak için yeni bir pencere açar. Kurşun veya ksenondan daha küçük olmaları, QGP'yi oluşturmak için gereken minimum çekirdek boyutunun daha iyi incelenmesine olanak sağlamalarının yanı sıra, daha düzensiz bir şekle sahiptirler. Örneğin, bir neon çekirdeğinin bowling topu gibi uzadığı tahmin edilmektedir; bu durum, yeni LHC sonuçları sayesinde artık daha net bir şekilde ortaya çıkmıştır.

Deneyler, QGP damlacığı genişleyip soğudukça parçacıkların dışarı doğru uçuş açıları ve yönlerinde oluşan ince desenlerin ölçümlerine odaklandı; bu desenler, orijinal çarpışma bölgesindeki küçük bozulmalardan kaynaklanıyordu. Şaşırtıcı bir şekilde, bu "akış" desenleri, günlük akışkanları modellemek için kullanılan akışkan dinamiği hesaplamalarıyla tanımlanabilir ve araştırmacıların hem QGP'nin özelliklerini hem de çarpışan çekirdeklerin geometrisini incelemelerine olanak tanır. Doğru model tahminleri, oksijen-oksijen ve neon-neon çarpışmalarındaki akışın, proton-proton ve proton-kurşun çarpışmalarına göre daha hassas bir şekilde incelenmesini sağlar.

QGP çalışmalarında uzmanlaşmış ALICE ve genel amaçlı deneyler ATLAS ve CMS, oksijen-oksijen ve neon-neon çarpışmalarında önemli  eliptik ve üçgen  akışlar  ölçmüş ve bunların çarpışmaların sıyırarak mı yoksa doğrudan mı gerçekleştiğine büyük ölçüde bağlı olduğunu bulmuştur. Teori ve veriler arasındaki uyum düzeyi, çok daha küçük sistem boyutuna rağmen, daha ağır ksenon ve kurşun iyonlarının çarpışmaları için elde edilenle karşılaştırılabilir düzeydedir.  Bu, oksijen-oksijen ve neon-neon çarpışmalarındaki akışın nükleer geometri tarafından yönlendirildiğine dair güçlü bir kanıt sunarak, neon çekirdeğinin bowling pini yapısını desteklemekte ve hidrodinamik akışın LHC'deki çarpışma sistemleri arasında güçlü bir şekilde ortaya çıktığını göstermektedir.

LHCb iş birliği tarafından geçen hafta sunulan tamamlayıcı sonuçlar, neon çekirdeğinin bowling pini şeklini doğruluyor. Sonuçlar, 2024 yılında SMOG cihazıyla kaydedilen veriler kullanılarak, sabit hedef konfigürasyonunda kurşun-argon ve kurşun-neon çarpışmalarına dayanmaktadır. LHCb iş birliği ayrıca oksijen-oksijen ve neon-neon çarpışma verilerini analiz etmeye başlamıştır.

CERN Araştırma ve Bilgisayar Direktörü Joachim Mnich, " Bu sonuçlar bir araya getirildiğinde nükleer yapı ve Büyük Patlama'dan sonra maddenin nasıl ortaya çıktığı konusunda yeni bakış açıları ortaya çıkıyor" diyor.

Kaynak

Görsel: CERN

CERN Hakkında

CERN, Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü, parçacık fiziği alanında dünyanın önde gelen laboratuvarlarından biridir. Örgütün merkezi Cenevre'de olup, Fransa-İsviçre sınırında yer almaktadır. Üye Devletleri: Avusturya, Belçika, Bulgaristan, Çek Cumhuriyeti, Danimarka, Estonya, Finlandiya, Fransa, Almanya, Yunanistan, Macaristan, İsrail, İtalya, Hollanda, Norveç, Polonya, Portekiz, Romanya, Sırbistan, Slovakya, Slovenya, İspanya, İsveç, İsviçre ve Birleşik Krallık'tır. Kıbrıs, Üyeliğe geçiş aşamasında Ortak Üye Devlet'tir. Brezilya, Hırvatistan, Hindistan, Letonya, Litvanya, Pakistan, Türkiye ve Ukrayna Ortak Üye Devletler'dir. Japonya ve Amerika Birleşik Devletleri'nin şu anda Gözlemci statüsü bulunmaktadır; Avrupa Birliği ve UNESCO da öyle. JINR'nin Gözlemci statüsü, 25 Mart 2022 tarihli CERN Konsey Kararı uyarınca askıya alınmıştır.