Dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (BHÇ) derinliklerinde, bilim insanları nihayet on yıllardır kaçamak olan bir şeyi gördüler. Bu, kuark-gluon plazması - Büyük Patlama'dan sonraki ilk mikrosaniyelerde evrenin durumuna benzeyen, temel madde bileşenlerinin süper sıcak ve yoğun bir 'çorbası' - içinden geçen hızlı bir kuark veya gluonun bıraktığı 'difüzyon izi'dir (diffusion wake).
Şunu hayal edin: iki kurşun çekirdeği ışık hızına yakın hızlara hızlandırılır ve CMS dedektöründe çarpıştırılır. Bu anda, kuarklar ve gluonların (partonlar) proton ve nötronların içinde hapsolmadan serbestçe var olduğu bir ortam olan kuark-gluon plazması doğar. Bu plazmadan yüksek enerjili bir parton geçtiğinde, enerji ve momentumunu kaybeder ve arkasında suda bir teknenin izine benzer bir rahatsızlık bırakır. Teori, böyle bir etkiyi 20 yıldan fazla bir süre önce öngörmüştü, ancak deneysel olarak güvenilir bir şekilde yakalamak mümkün olmamıştı - sinyal diğer süreçlerin arka planında çok zayıftı.
Daha önce bilim insanları jetler (parçacık akışları) ve Z bozonları içeren olaylarda izler arıyorlardı, ancak diğer etkilerden kaynaklanan gürültü resmi maskeliyordu. Illinois Üniversitesi Chicago (UIC) araştırmacılarından Raghunath Pradhan ve Olga Evdokimova liderliğindeki ekip yeni bir yaklaşım uyguladı. İki jetin neredeyse zıt yönlerde fırladığı dijet olaylarına odaklandılar. Bu, iz sinyalini arka plandan daha iyi ayırmayı sağladı.
Nükleon başına 5,02 TeV enerjideki kurşun-kurşun çarpışma verilerinin analizi net bir tablo gösterdi: jetlerin arkasında, düşük momentumlu (1-2 GeV aralığında) parçacıkların belirgin bir şekilde azaldığı gözlemlendi. Etki, plazmanın daha fazla oluştuğu merkezi, daha 'yoğun' çarpışmalarda artar. Anlamlılık, parçacık fiziğinde güvenilir bir keşif seviyesi olarak kabul edilen beş standart sapmayı aştı.
"Bu, yıllarca süren arayışların doruk noktası," dedi Olga Evdokimova. "Difüzyon izinin gözlemlenmesi ve niceliksel olarak tanımlanması, kuark-gluon plazmasının özelliklerinin doğru bir şekilde karakterize edilmesinin kapısını açıyor ve erken evrenin evrimi hakkında yeni içgörüler sağlıyor."
Physical Review Letters'da yayınlanmak üzere kabul edilen sonuçlar (makale HIN-25-012), sadece teoriyi doğrulamakla kalmıyor. Maddenin evrenin en ilk anlarında - bu plazmadan ilk protonların, nötronların ve sonuç olarak tüm görünür evrenin oluştuğu zaman - nasıl davrandığını daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Plazma, seyrek bir gaz gibi değil, içinden geçen parçacıklarla güçlü bir şekilde etkileşime giren ideal bir sıvı gibi davranır.
Geniş halk için bu, Dünya'daki laboratuvarların doğrudan gözlemlenemeyen koşullara bakmamızı nasıl sağladığının bir hatırlatıcısıdır. Hızlandırıcıda yakalanan her yeni 'iz', kaostan var olduğumuz düzenli bir kozmosun nasıl ortaya çıktığını anlamamıza yaklaştırıyor. Ve elbette, araştırmalar devam ediyor.
