‘Hayalet Parçacık’: Bilim insanları nihayet çarpıştırıcıda nötrino tespit etti

Atomaltı parçacıkları nötrinolar, maddenin içinden neredeyse hiç etkileşime girmeden geçebildikleri için “hayalet parçacıklar” olarak da anılıyor. Nötrinolar, fotonlardan sonra evrende en çok bulunan atomaltı parçacıklar arasında yer alıyor. Kütleleri sıfıra yakın olan bu atomaltı parçacıklar, ışık hızıyla yarışabilecek bir hıza da sahip.

Nötrinolar, yıldızların içinde gerçekleşen nükleer füzyon ve süpernova patlamaları gibi yüksek enerji durumlarında meydana geliyor. Fizikçiler, kütleleri sıfıra yakın olsa da nötrinoların yerçekimini etkilediğine inanıyor. Öte yandan madde ile etkileşimleri az olsa da hiç yok diyemeyiz. Zira nötrinolar zaman zaman başka bir parçacıkla çarpışarak zayıf bir ışık patlaması yaratabiliyor. Bu patlamayı ancak büyük ve çok duyarlı dedektörler tespit edebiliyor. Antarktika’daki IceCube, Japonya’daki Super-Kamiokande ve Illinois’teki Fermilab’da bulunan MiniBooNE bu patlamaları tespit edebilen dedektörlerden.

Bilim insanları, çarpıştırıcılarda meydana gelen nötrinolar üzerine uzun zamandır araştırma yapıyordu. Sonunda aradıklarını buldular. İlk kez bir çarpıştırıcıda nötrino gözlemleyen araştırmacılar, bu keşfin nötrinoların nasıl oluştuğunu, özelliklerinin neler olduğunu ve evrenin evrimindeki rollerini anlamamıza yardımcı olabileceğini düşünüyor.

FASERnu dedektörü aracılığıyla CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndan (LHC) elde edilen sonuçlar, İtalya’daki 57. Rencontres de Moriond Electroweak Interactions and Unified Theories konferansında paylaşıldı.

2026’ya kadar veri toplamaya devam edecekler

FASERnu, emülsiyon film katmanları ile sıra sıra yerleştirilmiş volfram plakalardan oluşan bir dedektör. Bu dedektörde volframın kullanılma sebebi ise nötrino etkileşimini artırabilecek bir yoğunlukta olması. LHC’deki parçacık deneylerinde nötrinolar, volfram plakalardaki çekirdeklere çarparak, tıpkı bir iyonlaştırıcı radyasyonun bulut odasında iz bırakması gibi emülsiyon katmanlarında iz bırakan parçacıklar üretebiliyor. Fizikçilerin parçacık izlerini analiz ederek onları neyin ürettiğini bulabilmesi için bu plakaları aynı bir fotoğraf filmi gibi banyo etmesi gerekiyor.

Çarpıştırıcı ve FASERnu dedektörünü ayrıntılı olarak gösteren şema. Fotoğraf: Peterson

2021 yılında altı nötrino adayı belirlenmişti. Araştırmacılar, bu keşiflerini geliştirilmiş LHC’den elde edilen verileri kullanarak, 16 sigma anlamlılık seviyesiyle doğruladılar. Ki bu da sinyallerin rastgele üretilmiş olma olasılığının çok düşük olduğu anlamına geliyor. Normalde parçacık fiziğinde bir bulguyu keşif olarak nitelendirmek için 5 sigma anlamlılık seviyesi yeterli oluyor.

Öte yandan FASER ekibi, dedektörün topladığı verileri analiz etmek için sıkı bir şekilde çalışmaya devam ediyor. Araştırmacıların belirttiğine göre daha birçok nötrino tespitinin gerçekleşmesi muhtemel. Bu çalışmalar 2026 yılına kadar sürecek, o zamana kadar fizikçiler de veri toplamaya devam edecek.

Nötrinonun kütlesini ölçme yolunda önemli ilerleme