15 Mart 2020

Baş belası bir parçacık: Higgs Bozonu

Evrenin gizeminin çözülebilmesi için yüzde 84'ü oluşturan karanlık maddenin de yapısının keşfedilmesi gerekiyor

Tarih 4 Temmuz 2012, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) tarihi bir güne hazırlanıyor. Salon tıklım tıklım dolu, herkes nefesini tutmuş beklemede.

50 yıllık bir çabanın ardından Genel Direktör Rolf Heuer, yeni bir atom altı parçacık keşfettiklerini ilan ediyor.

Yoğun alkış sesleri altında bilim insanları birbirine sarılıyor, ön sıralarda ağlayanlar var.

Bunlardan biri Peter Higgs, parçacığın ismini aldığı bilim insanı.

Bulunduğu ilan edilen şey ise "Higgs Bozonu", bilinen popüler adıyla "Tanrı parçacığı".

Bu buluş, zamanın başlangıcının da başlangıcında neler olduğunu anlayabilme umudu veriyor bilim insanlarına.

Evet, her şey zamanın başlangıcına dayanıyor.  

Kabul gören kurama göre zamanın başlangıcında tek bir noktadan enerji fışkırması oldu, bu fışkırmada yalnızca enerji parçacıkları vardı ve hepsi kütlesizdi.

Ardından enerji bir biçimde kütle kazandı; sonra yıldızlar, galaksiler ortaya çıktı ve sonrasında da bizler meydana geldik.

Kuramın özeti bu!

Peki, her şey bir enerji fışkırması ile başlamışsa madde nasıl ortaya çıkıyor?  

Ya da evrende neden madde var?

Bilim insanları son 50 yıldır bu sorulara modern fiziğin içinde yanıt aradılar.

Edinburg Üniversitesinde Peter Higgs de yanıt arayanlardan biriydi. 1964 yılında, enerjinin kütleye dönüşmesinden bir temel parçacığın sorumlu olabileceğini öne sürdü, ancak bu öneri o zaman diliminde pek ciddiye alınmadı.


Peter Higgs (solda 1964, sağda 2012)

Standart Model

Zamanla Peter Higgs'in öngörüsü kabul gördü, çünkü yaygın olarak kabul gören "Standart Model"e göre böyle bir temel parçacığın varlığı kuramsal olarak mümkün, ancak kanıtlanması ise neredeyse imkansızdı.

Standart Model, temel parçacıkları ve bunların etkileşmesinde etkili olan 3 temel kuvveti açıklayan bir kuram.

Temel parçacık dediğimiz şey ise kuantum dünyasına ait bir tanım; alt parçacığı olmayan en küçük parçacık anlamında kullanılıyor. Demokritos'un deyimiyle maddenin bölünemeyen en küçük parçası.

Bu parçacıklar evreni oluşturan her şeyin temel yapıtaşı. 

Standart Model'e göre evrende iki tür parçacık var. Kütlesi olanlar ve kütlesi olmayanlar.

Kütleli parçacıklar maddenin yapıtaşları olan quarklar ve leptonlar yani elektronlar. Kütlesiz olanlar ise doğada var olan kuvvetlerin güç taşıyıcısı olarak tanımlanan parçacıklar.

Bozon, bu kuvvet taşıyıcı kütlesiz parçacıklara verilen genel isim. Nükleer güçlü kuvvetlerin güç taşıyıcısı "gluon", nükleeer zayıf kuvvetlerin "W/Z bozon", elektromanyetik kuvvetin ise "foton". Dördüncüsü yerçekimi, ancak onun etkileşimli parçacığı olan "graviton" henüz kanıtlanamadı.

Bozonlar, ilgili kuvvetlerin madde ile etkileşimlerini yönetirler. Bu dört temel kuvvetin  yardımıyla kuark ve leptonlar da tüm evreni biçimlendirirler.

 Peter Higgs'in öne sürdüğü parçacık bir bozondu, enerjiye kütle kazandıran bir parçacık olarak tanımlı, adı da "Higgs bozonu".

Peki, Higgs alanı nasıl aktif hale geldi ve enerji parçacıklarına kütle kazandırdı?

Açıklama şöyle: Evren soğumaya başladığında Higgs alanı kendiliğinden aktif hale geliyor, evrene dağılıyor. Bu alana giren kütlesiz parçacıklar kütle kazanmaya başlıyorlar, yağmurlu bir alandan geçerken ıslanmak gibi.

İşte CERN'de coşkuya neden olan Higgs bozonu, enerjiden maddeye geçişi sağlayan etken güç parçacığı.

Teorik olarak kabul gören bu öngörünün kanıtlanması için ise aradan tam 50 yıl geçmesi gerekecekti.

Niye "Tanrı parçacığı"?

Nobel ödüllü bir fizikçi olan Leon Lederman, 1993 yılında bu parçacık ile ilgili olarak bir kitap yazar ve adını "Tanrının belası parçacık" koymak ister. Nedeni ise kuramsal olarak var olması gereken bu parçacığı deneysel yöntemle bulmanın neredeyse imkansız olmasıdır. Ancak kitabın editörü, bunun yerine "Tanrı parçacığı"nı önerir ve kitap bu isimle basılır ve Higgs bozonu da daha sonra bu isimle anılır olur.

Ancak Peter Higgs'in buna itirazı vardır, kendisi ateist olmakla birlikte bu tür bir söylemin başkalarını rahatsız edeceğinden kaygı duyduğunu belirtir ama artık çok geçtir, Tanrı parçacığı söylemi tüm çevrelerde kabul görmüştür ve Higgs bozonu bu isimle anılır olur.


4 Temmuz 2012 tarihli gazetelerden...

İmkansız gerçekleşiyor!

CERN'de, bu gizemi çözmek amacıyla yerin 100 metre altında ve 27 kilometre uzunluğunda, tarihteki en güçlü ve en pahalı (10 milyar dolar) hadron çarpıştırıcısı yapılır ve parçacıklar çok yüksek enerjilerde çarpıştırılmaya başlanır. Amaç bu parçacığı kanıtlamak.  

Çarpışan parçacıklar, aynı cam parçacıklarının kırılıp dağılması gibi alt parçacıklara bölünerek saçılırlar. Bu nedenle saçılan tüm parçalar incelenir, eksik olan kayıp parçanın Higgs olup olmadığına bakılır. Çünkü Higgs bozonu gibi yüksek enerjili bir parçacığı doğrudan elde etmek çok zordur ve çarpışma anında derhal yok olur.

CERN (üstte) ve hızlandırıcı (altta)

Ve bilim insanları bir mucizeyi gerçekleştirirler.

4 Temmuz 2012 de, 125-126 GigaeV enerjili bir parçacık saptandığı ve bu enerjinin Higgs'in tahmin edilen enerjisine eşit olduğu açıklanır.

Dahası deneyin yanlışlanma olasılığı ise 100 milyonda bir olarak verilmektedir.

Higgs bozonu, bilim tarihine son 50 yılda gerçekleşen en büyük bilimsel buluş olarak kabul ediliyor.

Bununla birlikte, kozmik bilmece yine de çözülebilmiş değil.

Çünkü, evrende var olan kütlenin yalnızca yüzde 16'sı görünür maddeden oluşuyor ve Higgs bozonu görünür maddeyi tanımlamakta. Oysa evrenin gizeminin çözülebilmesi için yüzde 84'ü oluşturan karanlık maddenin de yapısının keşfedilmesi gerekiyor.

Çok zor ama imkansız değil diyelim, bilime inanarak.

Aksi halde varlığımızı hiçbir zaman bulamayacağımız bir şeye borçlu oluruz!

Yazarın Diğer Yazıları

Atalet, ivme ve yap-boz kültürünün ağır bedeli

Bugün yaşanılan küresel ölçekli Koronavirüs olgusu karşısında yaşananlar ve faaliyeti durdurulmuş bir enstitünün yeniden oluşturulma çabası, kaybedilmiş bir bayrak yarışını anımsatmaktadır

Virüs mü dolaşıyor yoksa bizler mi?

Sağlık söz konusu olduğunda ekonomi, çatışma, savaş ve diğer her şeyin detayda kaldığını gördük ve daha önemlisi sağlık dahil tüm sorunların bilim temelli yöntemlerle çözülebileceğini anladık

Sessizlerin sesi olmak veya olabilmek!

Arkamızı dönmek bir şeyleri çözmüyor. Empati kurmak, "sessizlerin sesi olmak" için en önemli araç değil de nedir!