ALICE Deneyi, Aşırı Çarpışmalarda Hafif Atom Çekirdeklerinin Oluşum Mekanizmasını Netleştirdi

CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) görev yapan A Büyük İyon Çarpıştırıcı Deneyi (ALICE) işbirliğindeki bilim insanları, aşırı parçacık çarpışmaları sırasında döteronlar ve antidöteronlar gibi hafif atom çekirdeklerinin oluşumuna dair on yıllardır süren bir muammaya kesin bir çözüm getirdi. Bu kritik keşif, Güneş'in merkez sıcaklığının yüz bin katını aşan koşullarda bu kırılgan yapıların nasıl varlığını sürdürdüğünü açıklıyor. Teknik olarak, bu sonuçlar 10 Aralık 2025 tarihinde saygın Nature dergisinde yayımlandı ve nükleer fizikteki temel bir gizemi aydınlattı.

Almanya'daki Münih Teknik Üniversitesi (TUM) araştırmacılarının öncülük ettiği bu çalışma, LHC'nin ikinci çalışma döneminde kaydedilen yüksek enerjili proton çarpışmalarından elde edilen verileri analiz ederek, bu çekirdeklerin oluşumundaki baskın yolu belirledi. Temel bulgu, bu çekirdekleri oluşturan proton ve nötronların, çarpışmanın anlık, en yoğun anında mevcut olduğu yönündeki yaygın varsayımı çürütmektedir. Bunun yerine, araştırmacılar, bu yapı taşlarının, rezonans olarak adlandırılan kısa ömürlü, yüksek enerjili parçacık durumlarının ardışık bozunmasından kaynaklandığını deneysel olarak kanıtladı.

ALICE dedektörünün sağladığı hassas veriler, gözlemlenen (anti)döteronların yaklaşık yüzde 90'ının, özellikle $\Delta(1232)$ rezonansının bozunma yoluyla oluştuğunu ortaya koydu. Bu oluşum süreci, çarpışma sisteminin genişleyip nispeten daha sakin bir ortamda soğumasıyla gerçekleşiyor; bu aşamada yeni oluşan protonlar veya nötronlar, son durum nükleer füzyonu yoluyla birleşebiliyor. TUM'dan Profesör Laura Fabbietti, deneysel kanıtların, hafif çekirdeklerin oluşumunun, etkileşimin başlangıcındaki yoğun sıcak fazda değil, koşullar 'biraz daha serin ve sakin' olduğunda gerçekleştiğini doğruladığını belirtti.

Fabbietti, aynı zamanda ORIGINS Mükemmellik Kümesi'nin koordinatörlerinden olup, bu tür araştırmaların temel kuvvetlerden olan 'güçlü etkileşimi' anlamamız için hayati önem taşıdığını vurguladı. ALICE deneyi, evrenin ilk anlarındakine benzer koşulları yeniden yaratarak, şiddetli çarpışmalardan kaynaklanan parçacıkları izleyebilen gelişmiş bir kamera işlevi görmektedir; bu deney, bir kuark-gluon plazmanın nasıl kararlı maddeye dönüştüğünü anlamayı amaçlar. Bu bağlamda, TUM'dan Prof. Laura Fabbietti ve Prof. Lukas Heinrich, 5 Nisan 2025'te, LHC işbirliklerindeki (ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb) 13.508 araştırmacı adına, Standart Model'in yüksek hassasiyetli testleri nedeniyle 2025 Temel Fizik Alanında Yenilikçi Ödülü'nü (3 milyon ABD Doları) paylaştı.

Dr. Maximilian Mahlein, bu sonuçların astrofizik, özellikle de kozmik ışın verilerinin yorumlanmasını iyileştirme açısından geniş sonuçları olduğunu belirtti. Hafif çekirdek üretiminin bu yeni anlayışına dayanan gelişmiş teorik modeller, ORIGINS Mükemmellik Kümesi'nin temelini oluşturan karanlık maddenin doğasını araştırmak için yeni yollar sunabilir. ORIGINS Kümesi, parçacık fiziği, astrofizik ve biyofiziği birleştirerek evrenin kuantum dalgalanmalarından yaşamın yapı taşlarına kadar olan evrimini incelemektedir ve ikinci fonlama aşaması Mayıs 2025'te onaylanmıştır. Bu araştırma, CERN'deki çeşitliliğin de altını çizmektedir; ALICE deneyinin hafif çekirdek ve antinükleus özelliklerini karşılaştırma yeteneği, daha önce BASE deneyi ile proton ve antiprotonlarda yapılan karşılaştırmalara paraleldir. Ayrıca, bu temel fizik araştırmaları için bağlam sağlayan Nötrinolar ve Karanlık Madde Üzerine Ortak Araştırma Merkezi'nin (SFB 1258) üçüncü fonlama dönemi Ocak 2025'te başlamıştır. Ödül fonlarının, üye enstitülerden doktora öğrencilerine CERN'de araştırma ziyaretleri için tahsis edileceği Prof. Fabbietti tarafından ifade edildi.