Biliminsanları Amerika’daki Fermi Ulusal Laboratuvarı’nda gerçekleştirilen DZero deneyinde tetrakuark ailesinin oldukça ilginç, yeni bir üyesini daha keşfetti. Bu yeni parçacığı ilginç kılan her biri farklı çeşniye sahip dört adet kuarktan meydana geliyor olması.
Kuarklar maddenin yapıtaşı olan temel parçacıklardır. Doğada toplamda altı tür (genellikle “çeşni” diye isimlendirilir) kuark vardır: yukarı, aşağı, acayip, tılsım, alt ve üst kuarklar. Ayrıca her bir kuark türüne karşılık gelen bir de anti-kuark vardır. Doğadaki 100’lerce parçacık temelde bu 12 parçacığın kombinasyonlarından oluşur.
Kuarklar tipik olarak ikişerli veya üçerli şekilde bir araya gelerek paketler oluşturur. En bilinen kuark paketleri, her biri üçer kuarktan meydana gelen proton ve nötronlardır. Mezonlar ise, biri anti-kuark olmak üzere, iki kuarktan meydana gelir.
60 yılı aşkın süredir biliminsanları kuarkların yüzlerce ikili ve üçlü kombinasyonunu gözlemledi. İlk kez 2008’de Japonya’da gerçekleştirilen Belle Deneyi’nde biliminsanları bir grup tetrakuark adayı keşfetti. Geçenlerde DZero deneyinde keşfedilen parçacık da bu adaylar arasındaydı.
DZero Fermilab’a bağlı Tevatron çarpıştırıcısında gerçekleştirilen iki deneyden biri. Tevatron 2011’de emekliye ayrılmasına rağmen, bu iki deney grubu çarpıştırıcıda önceden kaydedilmiş milyarlarca olayın verilerini analiz etmeyi sürdürüyor. Çalışmalar 18 ülkeden toplam 75 enstitüye bağlı araştırmacılar tarafından yürütülüyor. Bahsi geçen tetrakuarkın varlığıyla ilgili ilk ipuçları DZero ekibi tarafından Temmuz 2015’te görüldü ve bu yeni parçacığa kütlesine istinaden X(5568) ismi verildi; 5568 MeV (megaelektronvolt).
“Başlangıçta, bunun yeni bir parçacık olduğuna inanmadık” diyor DZero ekibi sözcülerinden Dmitri Denisov. “Ancak birçok çapraz kontrolden geçirdikten sonra kaydedilen sinyalin gürültü veya bilinen başka bir süreçle açıklanamadığına kanaat getirdik; bu yeni bir parçacığın varlığına dair bir kanıttı.”
X(5568) alelade bir tetrakuark değil. Bu zamana kadar gözlenen tüm tetrakuarklar en az iki adet aynı çeşniye sahip kuark barındırırken, X(5568)’i meydana getiren kuarkların her biri birbirinden farklı çeşnilere sahip: yukarı, aşağı, acayip ve alt.
DZero ekibinden Paul Grannis “Önümüzdeki soru bu dört kuarkın nasıl bir araya geldiği. Bunlar hep birlikte sıkı bir paket oluşturacak şekilde bir araya gelmiş olabilir veya birbirine belirli bir mesafede bulunan iki kuark çiftinin çözünerek bir araya gelmeleriyle oluşmuş olabilirler” diyor.
Doğada dörtlü kuark sistemlerinin oluşmasını engelleyecek bir durum olmamasına rağmen, tetrakuarklar son derece nadir görülüyor ve biliminsanları yapılarını hâlâ tam olarak anlayabilmiş değil. Buna ek olarak beş adet kuarktan meydana gelen petakuarklarla ilgili ilk gözlemsel ipuçları geçen sene LHCb deneyinden biliminsanları tarafından yayımlandı. Yani bulmaca giderecek karmaşıklaşıyor.
Biliminsanları X(5568)’in bozunma sürecini ve spin özelliklerini ölçmek üzere çalışmalar yürüterek dörtlü kuark sistemleriyle ilgili daha net bilgiler elde etmeyi planlıyor. X(5568) üzerinde yapılacak çalışmaların kuarkları bir arada tutan yeğin (güçlü) etkileşimi anlamada yeni bir pencere açacağı düşünülüyor. Gelecekte tetrakuarklar ikili ve üçlü kuark sistemleri gibi yaygın şekilde görülen bir parçacık sınıfı olarak karşımıza çıkabilir.
Fermilab’ın yöneticisi Nigel Lockyer keşifle ilgili olarak “Tetrakuark ailesinin her biri farklı çeşniye sahip kuarklardan meydana gelen bir üyesinin keşfi, bu parçacıkların daha derinlemesine anlaşılmasını sağlayacak modeller oluşturmada kuramcılara yardım edecek” diyor.