CERN’de garip antimadde parçacığı ilk kez tespit edildi

LHC’de yürütülen Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi (ALICE) sırasında tespit edilen bu parçacık, şimdiye kadar gözlemlenen en ağır antimadde çekirdeği olarak kaydedildi. Bu keşif, madde-antimadde dengesizliğinin nasıl ve neden oluştuğunu anlamaya yönelik bir adım olarak değerlendiriliyor.

LHC, evrenin kökenini anlamak için tasarlanmış, parçacık fiziği alanındaki deneylere ev sahipliği yapıyor. 2008 yılında İsviçre-Fransa sınırında inşa edilen bu dev tesis, 27 kilometrelik bir tünelde protonları ve diğer atom altı parçacıkları ışık hızına yakın bir hızda çarpıştırıyor. Bu deneyler, Büyük Patlama’dan hemen sonraki koşulları saniyenin çok küçük bir kesri boyunca yeniden yaratarak evrenin temel yapı taşlarını incelemeye olanak tanıyor.

Bu çarpışmalar sırasında gözlemlenen antihiperhelyum-4, evrenin oluşum sürecinde madde ve antimadde arasındaki dengenin neden bozulduğunu anlamak açısından kritik bir role sahip. Antimadde, maddenin zıt özelliklere sahip bir formu olarak bilinir. Maddenin kökenine dair büyük soruları yanıtlamaya yardımcı oluyor.

Antimadde kavramı ilk kez 1930’larda İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından teorize edildi. Dirac, kuantum mekaniği ve görelilik teorisini birleştiren çalışmaları sırasında antimaddenin varlığını öngördü. Her madde parçacığının aynı kütleye sahip ancak zıt yük taşıyan bir antimadde karşılığı olduğunu belirten bu teori, kısa süre sonra pozitronun (elektronun antimadde karşılığı) keşfiyle doğrulandı.

Antihiperhelyum-4, helyumun antimadde karşılığı olarak tanımlanıyor. Normal helyum, iki proton, iki nötron ve iki elektron içerirken, antihiperhelyum-4 çekirdeği iki antiproton, bir antinötron ve bir antilambda içeriyor.

Antilambda ise bir anti-yukarı kuark, bir anti-aşağı kuark ve bir anti-garip kuarktan oluşuyor. Bu yapısıyla antihiperhelyum-4, hiperçekirdek (normal çekirdeklerde bulunmayan hiper parçacık içeren atom çekirdeği) sınıfına giriyor.

Bilim insanları, bu parçacığın bozunma sürecini (daha basit parçacıklara ayrılma) izleyerek önemli veriler elde etti. Bozunma sırasında bir antihelyum-3 çekirdeği, bir antiproton ve bir yüklü pion (kuark ve antikuark içeren bir parçacık) tespit edildi. Bu tür deneyler, antimaddenin yapısını ve davranışını anlamada rol oynuyor.

Daha önce LHC’de hipertriton (en hafif hiper çekirdek) ve onun antimadde karşılığı olan antihipertriton tespit edilmişti. Bu keşifler, madde ve antimaddenin evrende nasıl bir denge oluşturduğuna dair önemli ipuçları sunuyor. 2024’ün başlarında ise Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) araştırmacıları, bir antiproton, iki antinötron ve bir antilambda içeren antihiperhidrojen-4 parçacığını üretmişti. Antihiperhelyum-4, bu parçacıktan daha ağır bir yapıya sahip olmasıyla dikkat çekiyor. ALICE ekibi, ayrıca antihiperhidrojen-4’ün varlığına dair kanıtlar da ortaya koydu.

LHC’de yapılan bu deneylerden elde edilen veriler, şu ana kadar madde ve antimaddenin beklenen davranışlarından bir sapma göstermedi. Ancak bilim insanları, antimaddenin evrendeki yerini ve maddeyle olan dengesizliğini anlamak için çalışmalara devam ediyor. Antihiperhelyum-4’ün keşfi, bu kapsamda önemli bir kilometre taşı olarak değerlendiriliyor.Elde edilen bulgular, Physical Review Letters dergisine gönderilmiş durumda ve hakem değerlendirme sürecinde. Makale, ALICE’in resmi sitesinde de bilim dünyasının erişimine sunuldu.

Kaynak: CERN