CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yürütülen bir deney, kuarkları birbirine bağlayan ve görünür maddenin kütlesinin neredeyse tamamını oluşturan gluonların atom çekirdekleri içinde nasıl organize olduğuna dair şimdiye kadarki en ayrıntılı görüntüyü elde etti ve uzun süredir öngörülen "gluon doygunluğu" durumuna dair kanıt bildirdi.

ALICE işbirliği, LHC'nin 2. Çalıştırması'ndan (Run 2) alınan verileri kullanarak "tutarsız J/ψ fotonükleer üretimini" ölçtü: hızlı hareket eden kurşun çekirdekler doğrudan çarpışmadan birbirine yaklaşıyor ve yoğun elektromanyetik alanları yüksek enerjili foton demetleri gibi davranıyor. Bu fotonlardan biri başka bir çekirdeğe çarptığında kısa süreliğine bir J/ψ parçacığı üretilebiliyor; bu üretim, alttaki gluon yapısının hassas bir sondası işlevi görüyor.

Ekip, momentum transferini değiştirerek gluon davranışını 0,6, 0,3 ve 0,2 femtometre çözünürlüklerde görüntüledi — en ince çözünürlük, bir protonun yaklaşık dörtte biri büyüklüğündeki yapılara karşılık geliyor. Çalışmaya Prag'daki Çek Teknik Üniversitesi'nden araştırmacılarla birlikte liderlik eden Kansas Üniversitesi fizik ve astronomi profesörü Daniel Tapia Takaki, "Tutarsız üretim kullanan deneylerimiz, bulanık bir görüntüden yüksek çözünürlüklü bir mikroskoba geçmek gibi" diyor.

En küçük ölçeklerde J/ψ üretimi, yaklaşık üç standart sapmalık istatistiksel anlamlılıkla belirgin biçimde baskılanmış görüldü. Bu örüntü, gluonların çekirdek içinde kısmen örtüşerek birbirini gizlediği — güneş ışığını engelleyen bulut katmanlarına benzer şekilde — yönündeki uzun süredir kabul gören "nükleer gölgeleme" fikriyle tam olarak açıklanamıyor. Bunun yerine gözlemler, kuantum renk dinamiği teorisinin öngördüğü ve gluonların o kadar yoğun paketlendiği ki birbirleriyle güçlü biçimde etkileşime girip belirli bir bölgede bulunabilecek sayılarını sınırladığı gluon doygunluğu ile tutarlı.

Physical Review Letters'da yayımlanan ölçümler, tutarsız J/ψ fotonükleer üretiminin hem etkileşim enerjisi hem de momentum transferi boyunca ilk çok boyutlu ölçümü. Fizikçiler, gluonların nasıl davrandığını anlamanın maddenin kütlesini ve yapısını nasıl kazandığını anlamak için şart olduğunu ve sonuçların gelecekte planlanan Elektron-İyon Çarpıştırıcısı gibi tesislerde yürütülecek deneylere ışık tutabileceğini söylüyor.

Kaynaklar