Parçacık fiziğine göre her atomun çekirdeğinde bulunan protonlar iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşan ve gluonlar tarafından bir arada tutulan üç kuarktan oluşmaktadır; bu yüzden kuantum mekaniğinde, bir parçacığın yapısı olasılıklar tarafından yönetilmektedir, yani teorik olarak diğer kuarkların proton içinde madde-anti madde çiftleri şeklinde ortaya çıkma ihtimali olduğu öngörülmektedir. 1970’li yıllarda doğrusal parçacık hızlandırıcıları (SLAC) ile yapılan saçılma deneyleri, protonların içerdiği nokta benzeri parton adı verilen bileşiklere dair ilk kanıtları sunmuştur. Fizikte, madenin hareketini tanımlayan güçlü nükleer kuvvet teorisi olarak bilinen kuantum renk dinamiği (QCD), elektron-proton, proton-proton, nötron veya diğer hadronlar gibi proton çarpışmalarının partonlar cinsinden tanımlanmasına dayanmaktadır ve CERN’in (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) büyük hadron çarpıştırıcısı (LHC) ve elektron-iyon çarpıştırıcısı, ileri fizik tesisi (forward physics facility) ve nötrino teleskoplar ile bu fenomenler araştırılmaktadır.
Protonların karşıt elektromanyetik kuvvetlerine rağmen atom çekirdeklerine nasıl bağlandığı kuarklar ve gluonlar kullanılarak QCD ile açıklanmakla birlikte protonun, ağır kuarklardan en hafifi olan tılsım (charm) adı verilen oldukça büyük bir içsel (intrinsik) bileşene sahip olabileceği uzun zamandır tartışılmaktadır. The NNPDF Collaboration’ın yapmış olduğu çalışmada, makine öğrenmesine (ML) ve büyük bir deneysel veri kümesine dayanan protondaki kuark-gluon içeriğinin belirlenmesinden yararlanılarak intristik tılsım kuarkları için kanıtlar belirtilmiştir. Protonun yapısına dair bilgi elde etmek için, LHC’den ve daha önce NNPDF4.0 olarak adlandırılan parton dağılım fonksiyonları (PDF’ler) gelen çarpışma verilerinden yararlanılmıştır. Çalışmada, bir tılsım kuarkının PDF’sini, onun ve en hafif üç kuarkın saçılma sürecinde çarpışan bir protona katkıda bulunduğu momentumu dikkate alınarak hesaplama yapılmıştır. Daha sonra, bu PDF’yi yalnızca en hafif üç kuarkın ışınımsal bileşenlerinden birine dönüştürmek için pertürbatif QCD uygulanmıştır. Deneysel verileri PDF’lerin şekli ve büyüklüğü ile en iyi şekilde eşleştirmek için sinir ağlarını kullanan araştırmacılar, 3σ (sigma) adı verilen istatistiksel bir düzeyde intristik tılsım kuarklarının varlığına dair kanıtlar elde etmişlerdir; ayrıca bu tılsım kuarklarının proton momentumunun yaklaşık %0,62’sini taşıdığını bildirmiştir.
Bu çalışma, LHC ve PDF verilerinde erişilenler gibi çeşitli nükleer parçacık ve astropartikül fiziği deneyleri ile araştırmacıları içsel tılsım kuarkları üzerine daha fazla çalışmalar yapmaya motive etmektedir.
Yazar: İrem Doğruoğlu
Editör: İrem Coşkuntan
Referans: The NNPDF Collaboration. Evidence for intrinsic charm quarks in the proton. Nature 608, 483–487 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-04998-2
-Bioinforange Bilimsel Haber Servisi-
Haber Yazıları, 20> Etki Faktörlü Q1 dergilerinde yayınlanan (listesi için tıklayınız)
bilimsel araştırmaların ekip arkadaşlarımız tarafından incelenip derlenmesi ile hazırlanmaktadır.
Kadir Has Üniversitesi, biyoinformatik ve genetik departmanında lisans öğrencisi.
Linkedin: https://www.linkedin.com/in/irem-doğruoğlu-681762201