Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda 5 üyeli bir parçacık grubu tespiti, sicim teorisini sarsabilir.
Evreni açıklamaya çalışan iki temel kuramın – Standart Model ile Genel Görelilik – birbiriyle tam uyumlu olmaması, fizikçileri uzun süredir bu iki sistemi birleştirecek kapsamlı bir teori arayışına itiyor. Bunlardan ilki Standart Model, tüm bilinen parçacıkları ve elektromanyetizma, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetleri açıklayabiliyor. İkinci fikir ise; Einstein’ın genel görelilik kuramı ve bu kuram kütleçekimini açıklıyor.
Bu arayışın öne çıkan adaylarından biri olan sicim teorisi, evrendeki tüm parçacıkların titreşen sicimlerden meydana geldiğini savunuyor. Ancak sicim teorisi yalnızca 4 boyutla değil, 10 ya da 11 boyutla çalışıyor ve bu boyutların büyük kısmı çok küçük ölçeklerde bükülmüş durumda. Dolayısıyla, teori deneysel olarak test edilmesi son derece zor bir yapıya sahip.
Sicimlerin karakteristik özellikleri yalnızca çok yüksek enerjilerde belirginleştiği için, fizikçiler bu izleri görebilmek adına LHC gibi hızlandırıcıları daha yüksek enerji seviyelerine zorluyor. Pennsylvania Üniversitesi’nden kuramsal fizikçi Jonathan Heckman bu durumu, “Enerji düşükken sicimler sıradan parçacıklar gibi görünür. Ancak enerjiyi yükselttiğinizde titreşimleri, çarpışmaları ortaya çıkar. Bu, uzaktaki bir ipi tek çizgi gibi görmek ama yakınlaştıkça liflerini fark etmek gibidir,” sözleriyle anlatıyor.
Heckman ve doktora öğrencisi Rebecca Hicks, sicim teorisinin öngörmediği ve beş parçacıktan oluşan özel bir grup olan “5-plet”i tanımlıyor. Eğer bu grup LHC’de gözlemlenirse, bu durum sicim teorisinin mevcut versiyonlarıyla doğrudan çelişecek. Bu parçacık ailesi, fiziksel olarak birbirine bağlı ve aynı temel yapının farklı bileşenleri olan beş farklı parçacıktan oluşuyor.
Bu parçacıklar doğrudan gözlemlenemiyor; varlıkları, bozunma sürecinde bıraktıkları izlerden anlaşılabiliyor. Yüklü olan bu parçacıklar, çok kısa bir sürede düşük enerjili bir piona ve nötr bir parçacığa dönüşüyor. Ancak ortaya çıkan nötr parçacıklar dedektörlerle etkileşime girmediği için görünmez kalıyor, pionların enerjileri ise tespit sınırının altında kalıyor. Bu nedenle dedektörlerde parçacık izleri aniden sona eriyor.
Bu tür izler, LHC’de kullanılan ATLAS ve CMS gibi devasa dedektörlerle saptanabiliyor. Ancak bugüne kadar neden gözlemlenemedikleri sorusu da önem taşıyor. En büyük neden, bu parçacıkların oldukça ağır olması. Kütleleri 650–700 GeV aralığında olduğu için, onları üretmek adına protonların çok yüksek enerjilerle çarpıştırılması gerekiyor. Ayrıca bozunma süreçlerinin aşırı hızlı ve zor tespit edilir olması, sinyalleri diğer verilerden ayırt etmeyi son derece zorlaştırıyor.
Hicks, 5-plet’in yalnızca sicim teorisinin sınırlarını test etmekle kalmayıp, aynı zamanda karanlık maddeyi anlamak açısından da önemli olabileceğini belirtiyor. Eğer bu 5-plet’in nötr üyesi yaklaşık 10 TeV kütleye sahipse, bu durum karanlık maddenin Büyük Patlama sonrası nasıl oluştuğuna dair mevcut teorilerle örtüşebilir. Daha hafif 5-plet’ler bile karanlık maddenin yapbozunun bir parçası olabilir.
Kaynak: Physical Review Research
