ABD’de gerçekleştirilen parçacık çarpışmaları, evrenin Büyük Patlama’dan sonraki ilk anlarında hüküm süren aşırı sıcak ve yoğun maddenin yapısına ilişkin önemli bir ipucu ortaya çıkardı. Bilim insanları, nükleer maddenin davranışında uzun süredir aranan kritik noktaya işaret edebilecek sıra dışı bir değişim tespit etti.
New York’taki Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda bulunan Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısı’nda altın atomlarının çekirdekleri neredeyse ışık hızına ulaştırılarak birbirleriyle çarpıştırıldı. Bu çarpışmalar, maddenin aşırı sıcak ve yoğun hâllere ulaşmasını sağlayarak evrenin doğumundan hemen sonraki koşulların küçük ölçekte yeniden oluşturulmasına imkân verdi.
Çarpışmaların en yüksek enerjilerinde proton ve nötronların yapısını oluşturan kuark ve gluonlar serbest hâle gelerek kuark-gluon plazması olarak bilinen egzotik bir madde durumu oluşturabiliyor. Daha düşük enerjilerde ise araştırmacılar, nötron yıldızlarının iç bölgelerinde bulunabileceği düşünülen son derece yoğun nükleer maddeyi inceleyebiliyor.
Bilim insanları bu deneylerde, çarpışmalardan ortaya çıkan parçacıkların hareketlerindeki değişimleri enerji seviyelerine göre karşılaştırdı. Beklenti, ölçümlerin enerji arttıkça belirli bir düzen içinde ilerlemesiydi. Ancak sonuçlar bu beklentiden ayrıldı. Parçacıkların enine momentumları arasındaki korelasyonlarda belirgin bir düşüş görüldü ve ardından değerlerin yeniden yükseldiği tespit edildi.
Söz konusu sıra dışı değişimin istatistiksel anlamlılığı yaklaşık 5 sigma düzeyinde ölçüldü. Bu değer, gözlenen yapının basit bir rastlantısal dalgalanma olma ihtimalinin çok düşük olduğunu gösteriyor. Ancak araştırmacılar, elde edilen sonucun tek başına nükleer maddenin kritik noktasının keşfedildiğini kanıtlamadığını vurguluyor.
Fizikte kritik nokta, maddenin bir fazdan başka bir faza geçiş biçiminin değiştiği özel koşulu ifade ediyor. Bilim insanları uzun yıllardır, kuark-gluon plazması ile sıradan nükleer madde arasındaki geçişin nasıl gerçekleştiğini ve bu geçişin belirli bir kritik noktaya sahip olup olmadığını araştırıyor.
Bu noktanın belirlenmesi, yalnızca parçacık fiziği açısından değil, evrenin erken döneminin anlaşılması açısından da büyük önem taşıyor. Çünkü Büyük Patlama’dan hemen sonra evrenin son derece sıcak ve yoğun bir madde hâlinde olduğu, daha sonra soğuma süreciyle birlikte kuark ve gluonların proton ve nötronları oluşturduğu düşünülüyor.
Araştırmanın sonuçları aynı zamanda nötron yıldızlarının iç yapısına ilişkin sorulara da ışık tutabilir. Bu yıldızların merkezlerinde bulunan maddenin, Dünya’daki laboratuvarlarda oluşturulabilen en yoğun nükleer madde koşullarıyla bazı ortak özellikler taşıyabileceği düşünülüyor.
Bilim dünyası şimdi elde edilen sıra dışı sinyalin kaynağını daha ayrıntılı biçimde araştırmaya hazırlanıyor. Yeni teorik hesaplamalar, bilgisayar simülasyonları ve farklı deneysel ölçümler, gözlenen düşüşün gerçekten kritik bir geçişten kaynaklanıp kaynaklanmadığının anlaşılmasında belirleyici olacak.
Eğer farklı çalışmalar aynı bölgedeki benzer işaretleri doğrularsa, fizikçiler evrenin ilk anlarında maddenin nasıl değiştiğine ilişkin önemli bir eksik parçayı tamamlayabilir. Şimdilik elde edilen sonuç, Büyük Patlama’nın hemen sonrasındaki maddenin sırlarını çözme yolunda güçlü ancak henüz kesinleşmemiş bir ipucu olarak değerlendiriliyor.
