İkiz Kardeşler: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda Kuarkların ‘Sihiri’ni Keşfetti

Gelecek bilimci Arthur C. Clarke’in ünlü bir sözü vardır: “Yeterince gelişmiş bir teknoloji büyüden ayırt edilemez.” İşte, Fizikçilerden oluşan bir ekip, CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda kullanılan yaygın bir parçacık üretim yönteminin tam da bunu yarattığını gösterdi.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, on yılı aşkın süredir parçacık fiziğinde en dikkat çekici keşifleri sağlamıştır. Bilime en ünlü katkısı 2012’de Higgs Bozonu’nun gözlemlenmesi olmuştur, ancak bu dev parçacık hızlandırıcısı, evrenimizi yöneten temel madde parçalarını ve kanunları detaylı şekilde inceleyen bir beyin fırtınası alanıdır.

Bu ekip, İngiltere’deki Queen Mary Üniversitesi ve Avustralya’da Adelaide Üniversitesi’nde görev yapan beyaz isimli ikiz fizikçi kardeşler, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki çarpışmalarda, bildiğimiz haliyle “büyü” olarak adlandırılan bir özelliğin tezahürünü fizik dergisi Physical Review D’de yayımlanan makalelerinde araştırdı.

“Çalışmamız, büyü kavramını top kuarklarında inceliyor ki bu, parçacıkların güçlü kuantum bilgisayarları oluşturmak için ne kadar iyi olduğunu ölçen bir özelliktir,” diyor Chris White, Queen Mary Üniversitesi’nin bir basın açıklamasında. Top kuarklar, altı kuark türünden veya lezzetinden biridir ve Standart Model’in en ağır parçacığıdır.

Büyü, bir kuantum durumunun klasik bir bilgisayarda simüle edilmesinin ne kadar zor olduğunun ölçüsüdür. Fikir, özellikle karmaşık problemlerle, klasik bilgisayarların pek de işe yarar olmadığı yönündedir. Clarke’a bir atıfta bulunarak, aslında çalışma alanı klasik bilgisayarlar için büyü gibidir, ancak belirtmeliyim ki sert fizikte “büyü” teriminin kullanımı 1972’de J.E. Klauder’a kadar izlenir.

İkizler çalışmaları sırasında, top kuarklarının davranışlarını ve parçacıkların hızı ve yönü ile tanımlanan “büyü” top kuarklarını LHC’nin üretme olasılığını inceledi. LHC’deki ATLAS ve Compact Muon Solenoid deneylerinin dedektörleri bu özellikleri ölçebilir.

“Mevcut çarpıştırıcı deneylerinde büyü özelliğinin doğal bir kaçınılmazlık olup olmadığını araştırmak için özel bir zaman gibi görünüyor,” diye yazdı ikizler makalelerinde. “Daha basit ifade etmek gerekirse: Doğa büyü top kuarkları üretiyor mu ve eğer üretmiyorsa neden üretmiyor?”

Electric Light Orchestra’nın “Strange Magic” adlı bir şarkısı var ki, Jeff Lynne’ın yüksek liriklerlerini yanlış kullanma riskine karşın, (en şüpheci halimde) bunun gereksiz olduğunu düşünürüm. Büyü, zaten bizler için tuhaftır—ona bu yüzden büyü diyoruz. Ancak belki de en tuhaf büyü, uzmanların hala anlamaya çalıştığı, anlayış sınırımızı tarif eden büyüdür.

“Büyü ne kadar yüksekse, davranışı tanımlamak için o kadar çok kuantum bilgisayara ihtiyacımız var,” dedi University of Adelaide’de görevli fizikçi ve çalışmanın ortak yazarı Martin White, bir üniversite açıklamasında. “Kuantum sistemlerin büyü özelliklerini incelemek, kuantum bilgisayarlarının gelişimi ve potansiyel kullanımları hakkında önemli bilgiler üretir.”

Kuantum bilgisayarlar, kuantum bitleri (veya qubitler) üzerinde çalışır ve bunlar sıradan bilgisayar bitlerine benzerdir, fakat değerleri aynı anda hem 0 hem de 1 olarak yorumlanabilir. Bu, kuantum aleminin bir özelliğidir ve bilgisayarların bir problemi bir klasik bilgisayardan daha hızlı çözebilecek daha fazla çözüm düşünmesine olanak tanır. Nihai hedef—ve aslında beklenti—kuantum bilimcilerinin olağandışı yaklaşımlarla bazen hızla ilerlemeye çalıştığı bir hedef olan, kuantum bilgisayarların, klasik bilgisayarların çözemediği problemleri çözebilmesidir.

“Bu keşif, yalnızca evrendeki en ağır parçacıkla ilgili değil, devrim niteliğindeki yeni bir bilgisayar paradigmasının potansiyelini açığa çıkarmakla ilgili,” dedi Martin White.

Bu Yaz, kuantum bilgisayar şirketi Quantinuum, Google bilgisayarının “kuantum üstünlüğünü” 100 kat aşan bir bilgisayar duyurdu.

Bu ayın başlarında, Google en son kuantum çipi Willow’u tanıttı ve şirketin söylediğine göre, dünyanın en hızlı süper bilgisayarlarının 10 sekstilyon yılda yapacağı hesaplamaları beş milyon içinde gerçekleştirebiliyor. Google’ın kuantum araştırma ekibi ayrıca, kuantum bilgisayar büyüdükçe bilgisayarın hata oranında üstel bir azalma gösteren kuantum sistemlerinin dikkat çekici bir yönünü gösterdi. Kısacası, kuantum bilgiye cesur yeni bir dünyaya doğru yarış bir hızlanma içerisinde.

LHC, üç yıllık bakım ve sistem yükseltmeleri için yapılan aranın ardından 2022’de yeniden devreye girdi. Geçen yıl, CERN’in CMS deneyi üzerinde çalışan bilim insanları—LHC’deki en ağır deney—karanlık (veya gizli) fotonlar için yapılan aramalarda yeni ilerlemeler yayımladı.

Tüm bunlar, tesisin parlaklığını on kat artıracak ve fizikçilerin çalışabileceği Higgs bozonlarını on katına çıkaracak olan yaklaşan Yüksek Parlaklık-LHC öncesinde gerçekleşti. Yenilenmiş LHC’nin 2029 yılına kadar operasyon için hazır olması bekleniyor; şimdilik LHC’nin üçüncü çalışması 2026’ya kadar sürecek.