Atomdan 100 milyar kat küçük dünyanın izine ulaşıldı

CERN ‘deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda, 42 yıldır aranan son derece nadir bir parçacık bozunmasının izine ulaşıldı. Bilim insanları, atomdan 100 milyar kat küçük ölçekleri araştırmaya yönelik bu gelişmenin evrenin bilinmeyenlerini anlamaya katkı sağlayabileceğini açıkladı.

Cambridge Üniversitesi öncülüğündeki uluslararası araştırma ekibi, LHCb deneyinde önemli bir sonuca ulaştı. Fizikçiler, yaklaşık 10 milyarda bir gerçekleşmesi beklenen parçacık bozunmasına ilişkin güçlü kanıt elde etti. Bu sonuç, doğanın en küçük ölçeklerindeki fiziksel süreçleri araştırmak için yeni fırsatlar sunuyor.

CERN’in İsviçre-Fransa sınırındaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, parçacıkları yüksek enerjilerde çarpıştırarak maddenin temel yapısını araştırıyor. LHCb deneyinde çalışan bilim insanları ise güzellik kuarkı içeren parçacıkların bozunma süreçlerine odaklanıyor.

Araştırmacılar, 1984 yılından bu yana aranan son derece nadir bir bozunmaya ilişkin ilk güçlü kanıtı elde etti. Söz konusu süreçte güzellik kuarkı içeren bir parçacık, müon ve karşıt müon adı verilen iki parçacığa dönüşüyor. Bilim insanları bu olayı yaklaşık her 10 milyar güzellik parçacığından birinde bekliyor.

Bilim insanları, evrenin temel yapısını anlamak için atomun çok daha altındaki ölçekleri inceliyor. Bazı fizikçiler, bu son derece küçük mesafelerin araştırıldığı alanı zepteevren olarak adlandırıyor. Bir zeptometre, metrenin milyarda birinin trilyonda birine karşılık geliyor.

Bu mesafeler, atomların boyutundan yaklaşık 100 milyar kat daha küçük. Ancak araştırmacılar böyle bir dünyayı doğrudan görüntülemiş değil. Parçacıkların bozunma biçimlerini ölçerek çok küçük mesafelerde etkili olabilecek fiziksel süreçler hakkında dolaylı bilgi topluyorlar.

Araştırmanın merkezinde, fizikçilerin Bd olarak adlandırdığı parçacığın bozunması bulunuyor. Bu parçacık, bir güzellik kuarkı ve bir karşıt kuark içeriyor. Son derece nadir gerçekleşen bozunma sırasında ortaya bir müon ve bir karşıt müon çıkıyor.

Araştırma ekibi, yıllar boyunca toplanan çarpışma verilerini inceleyerek bu nadir sürecin işaretlerini belirledi. Yeni sonuç, 3,2 sigma düzeyinde istatistiksel anlamlılığa ulaştı. Bu değer güçlü bir kanıt oluşturuyor ancak fizik dünyasında kesin keşif için kullanılan 5 sigma eşiğine henüz ulaşmıyor.

Bilim insanlarının en büyük hedeflerinden biri, evrendeki karanlık maddenin ne olduğunu anlamak. Araştırmacılar, karanlık maddenin varlığını kütle çekim etkilerinden çıkarıyor. Ancak bu maddenin hangi temel parçacıklardan oluştuğu henüz bilinmiyor.

CERN’deki çalışma, karanlık maddeyi doğrudan tespit etmiş değil. Bununla birlikte bilinmeyen parçacıkların nadir bozunmaları etkileyip etkilemediğini araştırmak, yeni fizik teorilerinin sınanmasını sağlayabilir. Böylece bilim insanları karanlık maddeye ilişkin olası açıklamaları da değerlendirebilir.

Veri analizine öncülük eden Cambridge Üniversitesi araştırmacısı Dr. Harry Cliff, elde edilen sonucu önemli bir aşama olarak değerlendirdi. Cliff, araştırmacıların zepteevren olarak adlandırılan fiziksel ölçeklerin sınırına yaklaştığını belirtti.

Cliff’e göre daha fazla veri, bilinmeyen parçacıkların etkilerini araştırmayı mümkün kılabilir. Özellikle son derece nadir bozunmaların ayrıntılı ölçümleri, mevcut fizik teorilerinin açıklayamadığı olaylara ilişkin ipuçları sağlayabilir.

Araştırmacılar, 2024 ve 2025 yıllarında toplanan yeni verileri daha eski ölçümlerle birleştirdi. Ardından makine öğrenmesi yöntemlerinden yararlanarak aradıkları nadir sinyalleri diğer parçacık olaylarından ayırdı. Bu yöntem, deneydeki arka plan etkilerini azaltmaya yardımcı oldu.

Böylece araştırma ekibi, 2011-2018 dönemindeki ölçümlerle yeni verileri birlikte değerlendirebildi. Sonuçlar, parçacık fiziğinin mevcut açıklama sistemi olan Standart Model ile uyumlu çıktı. Ancak gelecekteki daha hassas ölçümler, mevcut teorilerin ötesindeki olası etkileri ortaya koyabilir.

Bilimsel gelişmenin ardından İngiltere’nin araştırma finansmanına ilişkin kararı da gündeme geldi. UK Research and Innovation, LHCb deneyinin gelecekteki yükseltme projesine ilave kaynak ayırmadı. Projede görev alan bazı bilim insanları, bu kararın İngiltere’nin araştırmadaki rolünü zayıflatabileceğini savundu.

İngiliz hükümeti ise finansman önceliklerinin bağımsız değerlendirmeler doğrultusunda belirlendiğini açıkladı. Ayrıca ülkenin CERN’e ve devam eden uluslararası araştırmalara desteğinin sürdüğünü bildirdi. Dolayısıyla karar, İngiltere’nin CERN’deki bütün faaliyetlerinden çekildiği anlamına gelmiyor.

LHCb deneyinde 2030’lu yılların ortalarında yeni bir teknolojik yükseltme planlanıyor. Bu geliştirme, toplanan veri miktarını önemli ölçüde artırabilir. Böylece bilim insanları çok nadir parçacık bozunmalarını daha yüksek hassasiyetle inceleyebilir.

Araştırmacıların öncelikli hedefi, yeni sonucun kesin keşif düzeyinde doğrulanması. Ardından bozunma oranının teorik tahminlerle ne kadar örtüştüğü daha ayrıntılı araştırılacak. Bu çalışmalar, evrenin henüz açıklanamayan fiziksel süreçleri hakkında yeni bilgiler sağlayabilir.