‘Hayalet parçacık’ nötrinolar Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda ilk kez gözlemlendi

1930’larda fizikçiler birçok nükleer reaksiyon ürününün, reaksiyondan önceki parçacıklardan daha az enerji taşıdığını fark etti. Bu durum enerjinin korunumu yasasını ihlal ediyordu, durumun bariz açıklaması ise gözden kaçırılan ürünler olduğuydu. Nötrinolar olarak adlandırılan bu tür parçacıkların çok hafif olması sebebiyle uzun süre kütlesiz oldukları düşünüldü, ayrıca nesnelerle çok kısıtlı etkileşime giriyorlardı. Aksi mümkün olsa nötrinoları gözlemlemek bu kadar zor olmazdı.

Kütle korunum yasasında ortaya çıkan bu sorunu çözümlemek için ‘tespit edilemeyen nesneler’ fikri birçokları tarafından küçümsense de 1956 yılında ilk kez nötrinoları gözlemlemek mümkün oldu ve bu bulgu Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü. O zamandan bu yana nötrinoların Güneş’ten, kozmik ışınlardan ve süpernovalar gibi yüksek enerjili astronomik olaylarla ortaya çıktığını öğrendik.

Nötrino hakkında ne kadar çok bilgi sahibi olursak antimadde ve karanlık maddenin kökenini öğrenmeye daha çok yaklaşabiliriz. Böylelikle evrenin büyük patlamadan hemen sonra neden antimaddeyle yok olmadığını anlayabiliriz. Antimaddeyi de karanlık maddeyi de tıpkı nötrinolar gibi göremiyoruz ancak evrenin devamlılığı için bu maddelerin varlıkları büyük önem taşıyor.

Bu hayalet parçacıkların iki parçacık demetinin birbiriyle çarpıştığı parçacık hızlandırıcıları olan çarpıştırıcıların içinde de üretilebildiği uzun zamandır biliniyor. Ancak bunu gözlemlemek henüz mümkün olmamıştı. Forward Search Experiment (FASER) ve SND@LHC ise birbirinden bağımsız olarak nötrinoyu İsviçre’deki CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda gözlemlemeyi başardı.

SND@LHC’den Cristovao Vilela Phys.org’a yaptığı açıklamada, “Nötrinolar LHC gibi proton çarpıştırıcılarında oldukça bol miktarlarda üretiliyor. Ancak şimdiye kadar bu nötrinolar hiç doğrudan gözlemlenmemişti. Nötrinoların diğer parçacıklarla etkileşimlerinin çok zayıf olması, tespit edilmelerini de zorlaştırıyor. Bu nedenle parçacık fiziğinin Standart Modeli’nde en az çalışan parçacıklar da nötrinolar” dedi.

İki ekip de nötrinoyu gözlemleme konusunda farklı yaklaşımlar benimsedi. FASER dedektörlerini ışın hattı boyunca yerleştirdi. Burada amaç en yüksek enerjili nötrinoların dedektörlerin içinden geçmesiydi. Yüksek enerjili nötrinoları gözlemlemek de zor olsa da en azından düşük enerjililere göre başarmak için çok daha yüksek bir ihtimal bulunuyor. FASER dedektörü beş aylık gözlem sonucunda 200 milyar elektron volttan fazla enerjiye sahip 153 tanesini tespit etti.

SND@LHC ise dedektörlerini bir tarafa yerleştirerek sadece sekiz potansiyel örnek gözlemledi. Her iki ekip de dedektörlerini yüz metrelik kaya ve betonla koruyarak reaksiyonda üretilen diğer parçacıkların geçmesine engel oldu. Nötrinolar kütleleri az olmasından dolayı engellerden zarar görmeden geçebildi.

SND@HLC’nin çalışmasında ayrıca nötrinoya çok benzer sinyalleri tetikleyen 10 milyonlarca müon yakaladıkları belirtildi. Nötrino etkileşimlerini söz konusu hayalet parçacıklarla aynı parçacık ailesinden olan ancak yüklü müonlardan ayırmak samanlıkta iğne aramak kadar zor bir iş.

Bilim insanları karanlık maddenin kaynağı için hummalı bir arayışta