CERNde keşfedilen yeni parçacık, 20 yıllık fizik gizemini çözüyor!

CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) çığır açıcı bir gelişme yaşandı; fizikçiler, protona benzer ancak daha ağır olan ve iki charm kuark içeren, uzun süredir aranan gizemli bir parçacığı tespit etti. LHCb deneyi kapsamında yapılan bu yeni keşif, kuarklar dünyasındaki büyük bir boşluğu doldurarak 20 yıllık bir gizemi çözme potansiyeli taşıyor. Bu yeni parçacık, bilinen baryon yapılarının daha ağır kuzeni olarak öne çıkıyor.

Temel parçacıklar olan proton ve nötronlar, üç temel altatomik parçacıktan oluşan baryon adı verilen bir sınıfın örneğidir; bu alt parçacıklar kuarklar olarak adlandırılır ve farklı "tatlarda" bulunurlar. Proton yapısı özelinde, iki "up" kuark ve bir "down" kuarktan oluşurken, bu yeni keşfedilen parçacık daha ağır kuark kombinasyonlarını içeriyor. Ancak bu tür sıra dışı kuark kombinasyonları genellikle daha ağır ve dolayısıyla daha kararsız oldukları için çok kısa ömürlü olup hızla bozunma eğilimindedir.

Daha önce 2017 yılında LHCb deneyinde, iki charm kuark ve bir up kuark içeren Xicc++ adı verilen egzotik bir baryon görülmüştü; ancak bu parçacık sadece trilyonda bir saniye kadar yaşam sürmüştü. Şimdi ise fizikçiler, up kuark yerine down kuark içeren ve protonun daha ağır bir analoğu olan Xicc+ adlı, charm yüklü kız kardeş parçacığı tespit etmiş oldu. Bu yeni parçacığın tahmin edilen ömrü, Xicc++'unkinden altı kat daha kısa olması nedeniyle tespit edilmesi çok daha zor bir süreçti.

Bu önemli bulgu, LHCb deneyinin daha hassas parçacık aramaları yapabilmesi için yükseltilmiş olması sayesinde mümkün olmuştur ve elde edilen sonuç, fizikçilerin bir keşif iddia edebilmesi için gereken 5-sigma eşiğini rahatlıkla geçen 7 sigma'lık istatistiksel bir anlamlılığa sahiptir. Manchester Üniversitesi'nden Chris Parkes, bu yükseltmelerin gücünü vurgulayarak, bir yıllık veri setinde önceki nesilden 10 yıllık veride görülmesi mümkün olmayan bir şeyi görebildiklerini belirtti.

Bu keşif sadece kuarkların birbirine nasıl bağlandığını tanımlayan güçlü nükleer kuvvet hakkında bilgiler sunmakla kalmıyor; aynı zamanda 20 yıllık bir bilinmezliği de ortadan kaldırıyor. Parkes'e göre, 2002 yılında SELEX deneyindeki fizikçiler Xicc+'ya çok benzeyen ancak öngörülenden çok daha düşük bir kütlede (sadece 4.7 sigma güven düzeyiyle) bir parçacık görmüşlerdi. Yeni keşfin kütlesinin, SELEX'in öngördüğü kütleden ziyade, daha önce bulunduğumuz partner parçacığıyla benzer olması, bu parçacığın kütlesi konusundaki soruyu netleştiriyor.