Evrenin ilk sıvısı olan quark-gluon plazmasının yapısı, MIT ve California Üniversitesi araştırmacıları tarafından incelendi.
Quark-Gluon Plazması Nedir?
Big Bang’den sonraki ilk saniyelerin milyonda birinde, madde quarklar ve gluonlardan oluşan bir plazma halinde var oldu. Bu plazma, birkaç mikro saniye boyunca varlığını sürdürdü ve ardından daha stabil protonlar ve nötronlar oluştu. Bilim insanları, büyük parçacık hızlandırıcılarında quark-gluon plazmasını yeniden yaratarak bu ilkel sıvıyı incelemektedir.
Yüksek enerjili iyonların çarpışmasıyla oluşan bu plazma, atom çekirdeği boyutunda damlacıklar şeklinde ortaya çıkar ve yalnızca on septilyonuncu kadar bir süre varlığını sürdürür.
Ağır Quarklar Üzerinden İnceleme
Bilim insanları, plazmadan geçerken ağır quarklar gibi diğer parçacıkları takip ederek bu plazmayı inceler. Ağır parçacıkların sıvı içindeki hareketi, sıvının mikroskobik yapısı hakkında bilgi verir. MIT’den Jean Du Plessis, “Sonuçlarımız, ağır quarkların hareketindeki büyük değişimlerin yeni bir bilgi kaynağı sunduğunu gösteriyor,” diyor.
Bu yeni teori, ağır quarkların quark-gluon plazmasındaki hareketlerini tahmin etme imkanı sunuyor ve deneylerle karşılaştırılarak plazmanın mikroskobik yapısını daha iyi anlamaya yardımcı olabilir.
Einstein’ın Teorisinin Sınırları
1905 yılında Albert Einstein, bir parçacığın sıvı içindeki hareketini tanımlayan bir teori geliştirmişti. Bu teori, mikroskobik kuvvetlerin parçacıkların hareketini nasıl etkilediğini ortaya koyuyordu. Ancak, relativistik hızlarda bu teorinin bazı yönleri geçerliliğini yitiriyor.
Du Plessis ve Bruno Scheihing-Hitschfeld, relativistik hızlarda hareket eden ağır quarkların sıvı içindeki hareketini inceleyerek Einstein’ın teorisinin ötesine geçmeyi başardılar. Araştırmaları, ağır quarkların momentumundaki değişimlerin nasıl gerçekleşeceğini belirleyen bir olasılık dağılımı üretti.
Yeni Olasılık Dağılımları
Araştırmacılar, ağır quarkların karşılaşabileceği kuvvetleri hesapladılar ve bu hesaplamalar sonucunda elde edilen eğri, geleneksel Bell eğrisine benzerdi. Ancak, ağır quarkların hareketinde daha fazla dengesizlik gözlemlendi. Bu bulgu, büyük itmelerin beklenenden daha sık meydana geldiğini gösteriyor.
“Normal Brownian hareket modeli, büyük itmelerin nadir olduğunu varsayıyor. Ancak ağır quarklar için bu büyük itmeler beklenenden daha yaygın ve karşıt yönlerde eşit olasılıkla gerçekleşmiyor,” diyor Du Plessis.
Sonuç ve Gelecek Çalışmalar
Bu araştırma, quark-gluon plazmasının yapısını daha iyi anlamak için önemli bir adım olarak değerlendiriliyor. Du Plessis, “İlk başta düşünülen plazmanın, Brownian hareket modeli ile önerilenlerden daha güçlü etkileşimlere sahip olduğunu gösteriyor. Bu, plazmanın daha sıvı benzeri bir yapı sergilediğini ortaya koyuyor,” şeklinde açıklıyor.
Bu çalışma, ABD Enerji Bakanlığı’nın Nükleer Fizik Ofisi, Ulusal Bilim Vakfı ve Simons Vakfı tarafından desteklenmiştir.
