En büyük parçacık hızlandırıcısı, madde ile antimadde arasında geçici bir dengesizlik gözlemliyor.

Dünya'nın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan İsviçre'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ( LHC ), evrenin varoluşu için temel olan madde ve antimadde arasındaki asimetriyi ilk kez gözlemledi ve bilinen fiziğin ötesindeki olayları ortaya çıkarabilir.

LHCb deneyi, atomların çekirdeklerini oluşturan nötron ve proton gibi üç kuarktan oluşan baryon parçacıklarındaki bu dengesizliği gözlemlemiştir. Canlılar, gezegenler, yıldızlar ve galaksiler, evrenin %5'ini oluşturan bu madde türünden oluşur. Bu keşif, mevcut fizik teorilerinin doğruluğunu test etmek açısından çok önemlidir ve evrenin geri kalan %95'ini anlamanın yolunu açabilir.

LHCb deneyi, LHC içinde ışık hızına yakın bir hızla hareket eden protonların çarpışması sonucu oluşan temel parçacıkların bozunmasını inceler. Bu hızlandırıcının eşsiz gücüne rağmen, 2011'den bu yana biriken veriler (yaklaşık 80.000 baryon bozunması) sayesinde, madde lehine ilk kez hafif bir dengesizlik gözlemlenmiştir. Gözlemlenen asimetri ortalama %2,45'tir, ancak zaman zaman %5'i aşmaktadır. 22 ülkeden 1.600 bilim insanının katıldığı bu deneyin sonuçları bugün yayımlanmıştır. Doğa , dünyanın en iyi biliminin mihenk taşıdır.

34 yaşındaki Galiçyalı fizikçi María Vieites , LHCb'de fizik koordinatör yardımcısı. "Evrenimiz maddeden oluşuyor ve Standart Model bunun nedenini tam olarak açıklamıyor," diye açıklıyor ve parçacık fiziğini tanımlayan mevcut teoriye atıfta bulunuyor. Sorun şu ki, bu çerçeve evrenin yaklaşık %27'sini oluşturan karanlık maddeyi veya %68'ini oluşturan karanlık enerjiyi tanımlamıyor.

Galiçya Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü'nden bu araştırmacı, "Madde ve antimadde arasında yeni dengesizlik kaynaklarına ihtiyacımız var ve bu çalışmayla bu farklılıkları yeni bir alanda, tam da atom çekirdeklerini oluşturan maddeye daha çok benzeyen geleneksel madde türünde gözlemliyoruz," diye vurguluyor. "Bu sonuçlar çok fazla çalışma gerektirdi çünkü çok, çok nadir süreçlerden bahsediyoruz," diye ekliyor. Vieites, LHCb işbirlikçilerinin protonlar arasındaki trilyonlarca çarpışmayı analiz ettiğini ve bu ölçümler için umut vadeden parçacıklar olan lambda b baryonlarının bozunmalarını izole ettiğini açıklıyor. Bilim insanı, "Şimdilik veriler muhtemelen Standart Model ile uyumlu," diye kabul ediyor, "ancak nihayetinde eksik olduğunu ve bir noktada başarısızlığa uğrayacağını biliyoruz."

Parçacık fizikçileri doğanın simetriye saygı duyduğuna inanmayı severler, ancak eğer durum böyle olsaydı evren var olmazdı. Büyük Patlama teorisi, evrenin 13,7 milyar yıl önce eşit miktarda madde ve antimadde ile ortaya çıktığını savunur. Bu parçacıklar, tıpkı gerçek bir nesne ve onun aynadaki görüntüsü gibi simetriktir, ancak zıt yüklüdürler, bu yüzden büyük bir ışık patlamasıyla birbirlerini parçalamaları gerekirdi. Ancak günümüzdeki kozmos neredeyse tamamen atomların oluştuğu baryonik maddeden ve neredeyse hiç antimaddeden oluşmaktadır.

Asimetriye dair ilk doğrudan kanıt, 1964 yılında, Soğuk Savaş'ın zirvesinde, o zamanlar dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda gözlemlendi. Tesis, Hiroşima ve Nagazaki'ye nükleer bomba atılmasıyla sonuçlanan Manhattan Projesi'ne yapılan muazzam yatırımın ardından parçacık fiziğini araştırmak için inşa edilmişti. O zaman, bir kuark ve bir antikuarktan oluşan mezon adı verilen bir parçacık türünde bu tutarsızlık tespit edilmişti.

Üç yıl sonra, Sovyetler Birliği için Dünya'da patlatılmış en güçlü atom bombalarını geliştiren ve daha sonra bu tür silahların korkunç potansiyeli konusunda uyarıda bulunduğu için Nobel Barış Ödülü'nü kazanan Rus fizikçi Andrei Sakharov , önemli bir teori geliştirdi. Maddeyle dolu bir evrenin oluşmasından sorumlu olanın baryonların asimetrisi olduğunu öne sürdü. Önerisi, Büyük Patlama'dan saniyenin kesirleri sonra, madde ve antimadde arasında yük-parite simetrisi ihlali olarak bilinen bir olgunun meydana geldiğini ima ediyordu. Her bir milyar antimadde parçacığı için, bir milyar ve bir madde parçacığı olacaktı. Bu küçük dengesizlikten, maddenin karşıtına hakim olduğu tüm gözlemlenebilir evren ortaya çıkacaktı. Sakharov bu öngörüyü neredeyse 60 yıl önce yaptığı için hiçbir zaman doğrulanamadı.

"Bu fenomen bu parçacıklarda ilk kez gözlemlendi ve bu nedenle önemli," diye açıklıyor teorik fizikçi Juan Antonio Aguilar . "Teorik olarak, gözlemlediklerimizin yeni bir fizik [Standart Model'in ötesindeki fenomenler] olması mümkün, ancak şimdilik hesaplamalar çok karmaşık olduğu için kanıtlanamıyor," diye ekliyor Madrid'deki Teorik Fizik Enstitüsü'nden (UAM-CSIC) araştırmacı.

Standart Model tarafından öngörülen madde ve antimadde arasındaki tutarsızlık, evrende gözlemlenenden çok daha küçüktür. Bu, daha fazla asimetri kaynağı olması gerektiği anlamına gelir. Olası bir mekanizma, maddenin antimadde üzerindeki üstünlüğünü artıran bilinmeyen parçacıkların varlığıdır. Bu parçacıklar arasında karanlık madde olabilir. Evrendeki yıldızların ve galaksilerin hareketi, kütleçekimsel çekimi yoluyla bu maddenin varlığını kesin olarak göstermiştir. Ancak, onu oluşturan parçacıklar, muhtemelen geleneksel maddeyle zayıf etkileşimi nedeniyle hiçbir zaman üretilmemiştir. Karanlık maddeyi avlamak, yakında proton çarpışmalarının sayısını artırmak için yeniden tasarım aşamasına başlayacak olan ve sonunda bilinmeyen parçacıkların keşfine yol açabilecek olan LHC'nin temel amacıdır .