RHIC’deki deneyler, evrenin doğum anındaki koşulları taklit eden kuark-gluon plazmadan geçen parçacık jetlerinin enerjilerini çevreye sıçrattığını gösterdi.
ABD Enerji Bakanlığı’na (DOE) bağlı Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda bulunan Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı (RHIC) ile yapılan son deneylerde evrenin ilk anlarında oluşan kuark-gluon plazmasının (QGP) yeni bir özelliği gözlemlendi. Bilim insanları, çarpışmalarda oluşan yüksek enerjili parçacık jetlerinin bu plazma içinden geçerken nasıl “sıçradığını” (splash) tespit etti. Bu gözlem, ilk kez fotonlarla eşlenerek yeniden inşa edilen jetlerin kullanılmasıyla mümkün oldu. Bulgular 11 Haziran 2025’te Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
RHIC, altın atomlarının çekirdeklerini ışık hızına yakın seviyelere çıkararak çarpıştırıyor. Bu çarpışmalarda ortaya çıkan aşırı sıcak ve yoğun ortam, evrenin ilk saniyelerinde var olduğu düşünülen kuark-gluon plazmasının kısa ömürlü bir halini oluşturuyor. Ancak bu plazma, inanılmaz derecede kısa süreli olduğu için doğrudan gözlemlenemiyor.
Bu noktada devreye “jet” adı verilen parçacık yapıları giriyor. Çarpışmalarda zaman zaman yüksek enerjili kuark ve gluonlar fırlıyor; bu parçacıklar hızla başka parçacıklara dönüşerek jetleri oluşturuyor. Jetler, QGP içinden geçerken onunla etkileşime giriyor ve bilim insanlarına bu gizemli madde hakkında bilgi sağlıyor.
Yeni çalışmanın fark yaratan yönü, jetlerin fotonlarla eşleştirilerek analiz edilmesi. Fotonlar, plazmayla etkileşime girmediği için çarpışma anındaki enerjiye dair saf bir referans noktası sağlıyor. Böylece fotonun karşısında oluşan jetin ne kadar enerji kaybettiği hassas biçimde ölçülebiliyor.
Texas A&M Üniversitesinden STAR deney grubunda görev alan Saskia Mioduszewski, bu çalışmada sadece doğrudan çarpışmalarda ortaya çıkan fotonları ayırt etmek için özel algoritmalar geliştirdiklerini belirtiyor. Bu fotonların karşısındaki jetler, farklı açılarda oluşturulan “koniler” yardımıyla analiz edildi.
Dar ve geniş açılarda enerji dağılımı
Yapılan incelemelerde, jetlerin enerjisinin dar ve geniş açılı koniler içinde nasıl dağıldığına bakıldı. Proton-proton çarpışmalarında enerji, çoğunlukla dar koni içinde yoğunlaşırken; altın-altın çarpışmalarında, yani QGP’nin oluştuğu koşullarda enerjinin önemli bir kısmı geniş açıya yayılmış durumda. Bu da, jetin plazmadan geçerken enerji kaybettiğini ve enerjinin yana doğru sıçradığını gösteriyor.
STAR ekibinden Peter Jacobs, “Bu tıpkı bir bisikletin su birikintisinden geçmesine benziyor. Bisiklet suya çarptığında su yanlara sıçrar ve bisikletin hızı kesilir. Jetler de QGP’den geçerken enerjilerini çevreye yayıyor,” sözlerini kaydetti.
Araştırma kapsamında yapılan 30 derecelik açılarla analizlerde, jetlerin kaybettiği enerjinin büyük bölümünün daha sonra toparlandığı görüldü. Bu durum, enerjinin plazma içinde ne kadar uzağa yayıldığını anlamak açısından önemli bir veri sağlıyor. Aynı zamanda plazmanın akışkanlığı (viskozitesi) hakkında da fikir veriyor.
Mioduszewski’ye göre, jetlerin ne kadar yol boyunca enerji kaybettiğini ve plazmayla ne kadar güçlü etkileşimde bulunduğunu anlamak, QGP’nin doğasını çözmede kilit rol oynayacak. Bu veriler, kuramsal fizikçilerle birlikte detaylı biçimde değerlendirilecek.
Çalışma, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi, Ulusal Bilim Vakfı ve uluslararası paydaşların desteğiyle yürütüldü. Verilerin analizi için Brookhaven Laboratuvarı’nın Bilimsel Veri ve Hesaplama Merkezi ile DOE’ye bağlı NERSC gibi yüksek kapasiteli bilişim altyapıları kullanıldı.
Sonuçlar, kuark-gluon plazmasının sırlarını çözme yolunda önemli bir adım olarak değerlendiriliyor. Ancak her yeni cevap, beraberinde yeni sorular da getiriyor.
Kaynak: BNL
