Maddeyi oluşturan temel parçacıklar iki sınıfa ayrılıyor: kuarklar ve leptonlar. Leptonların en bilindik örneği, atomun yapısında bulunan elektronlar. Kuarklar ise bir araya gelerek hadronları oluşturuyor; en bilinen örnekleri, atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronlar.
Hadronların yapısı ve etkileşim biçimleri, yüksek enerji fiziğinin önemli ve ilgi çeken konularından bir tanesi. Bu ilginin kuramsal sorulara yanıt aramak gibi bir kaynağı da olmakla birlikte, fazlasıyla pratik gerekçeleri de var. Deney düzeneklerinde çarpıştırmak üzere, örneğin serbest elektronları kullanmak mümkün iken, serbest kuarkları kullanmak mümkün değil; zira kuarklar hadronların içinde “hapis” durumundalar. Dolayısıyla, örneğin LHC’de yapıldığı gibi, bazı soruları yanıtlayabilmek için hadronları çarpıştırabiliyor ve hadron etkileşimlerini incelemek durumunda kalıyoruz.
Hadronların yapısına dair en “ekonomik” model, ilgili kuantum sayılarını (elektrik yükü, manyetik moment gibi) oluşturan en az sayıdaki kuark kombinasyonlarını içeriyor. Bu modele göre hadronları ikiye ayırabiliyoruz: kuark ve anti-kuark çiftinden oluşan mezonlar ve üç kuarktan oluşan baryonlar (aynı şekilde, üç anti-kuarktan oluşan anti-baryonlar).
Ancak bu model, hadronların gözlenen tüm özelliklerini ve etkileşimlerini açıklamaya yetmiyor. Dolayısıyla, hadronların içeriğinin bu “ekonomik” kombinasyonlardan ibaret olmayabileceği düşünülüyor. Özellikle son 20 yılda artan bir ilgiyle ele alınan konulardan bir tanesi, içeriği bu ekonomik modelin öngördüğünden ibaret olmayan ve “egzotikler” olarak adlandırılan hadronlar. Beş kuarklı sistemler, yani penta-kuarklar da, bu egzotiklerden bir tanesi. Aslında beş kuarktan ziyade, dört kuark ve bir anti-kuarktan oluşuyorlar; ancak “beş kuark” şeklide adlandırmak daha pratik olsa gerek. Bu sistemler, aslında atom çekirdeğinin benzeri olan yapılar. Atom çekirdeği nasıl proton ve nötronlardan oluşuyor ise, penta-kuarklar da bir mezon ve bir baryonun biraraya gelmesiyle oluşuyor.
LHC bünyesindeki LHCb ekibi, geçtiğimiz yıl yayınlanan bir çalışmalarında penta-kuarkların varlığına dair ilk deneysel kanıtları sunmuştu (1). Yakın zamanda yayınlanan iki yeni çalışma ise, bu iddiayı destekleyen taze kanıtlar sunuyor. Lambda-b baryon olarak adlandırılan ve ağır kuarklardan olan b-kuark içeren baryonun çeşitli bozunmalarını inceleyen LHCb ekibi, verileri analiz etmek için kullanılan modellerden bağımsız olarak geçerli kanıtlar da sunuyor (2).
Parçacık fiziğinin bir dönem ünlüsü olan Higgs bozonunun bulunması kadar ses getirmese de, egzotiklerin deneylerde görülmesi ve egzotikleri inceleyen kuramsal çalışmaların yoğunlaşması, önümüzdeki yıllarda parçacık fiziğinin esas gündemlerinden olacak gibi görünüyor.
Kaynaklar:
(1) http://physics.aps.org/articles/v8/77
(2) http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.117.082003
https://www.facebook.com/BilimsoL/