"Higgs Bozonu" hakkında bilgi verir misiniz? Neden tanrı parçacığı deniliyor?

 

Son günlerde bilim dünyasındaki bir gelişme dikkatleri üzerinde topluyor. Higgs Bozonu'nun keşfi neden bu kadar önemli? Neden Avrupa Nükleer Araştırma Merkezinde (CERN’de), binlerce bilim adamı ve araştırmacı 4-5 yıldır, bu deneye odaklanmış durumda? Niçin bu çalışmalar, asrın en büyük deneyi olarak nitelendiriliyor? 

Öncelikle şunu anlatalım ki, Hadron, Proton çarpıştırıcı, Higgs alanı ve parçacıkları, temel kuvvetler, standart model, birleşik alanlar teoremi kavramlarını anlamadan deneyi ihata etmek gerçekten zor. Biz yine de konuyu anlaşılır kılmaya konuyu değişik veçheleri ile anlatmaya çalışacağız.

Milyarlarca yıl önceydi, henüz Güneş yok, Dünya ve gezegenler ortalıkta gözükmüyordu. Galaksiler ve galaksiler arasındaki "uzay" birbirine yakın hatta bitişik haldeydi. Daha da önceki dönemlere gidildiğinde hiçbir genişlemenin olmadığı bir "zaman aralığı" çıkıyordu karşımıza. İşte bu kâinatın ilk doğduğu an olmalıydı. Bir noktadan sonra daha da öteye gidildi. Öyle ki "yaratılıştan" önceki zamana varıldı. Yaratılış çekirdeği, madde ve fizikî kanunlarla açıklanamaz haldeydi. CERN'deki deneyler, her şeyin tek bir şey halini aldığı o "belirsiz ve tarifsiz" yaratılış çekirdeğinin neden ibaret olduğunu açıklayabilecek ipuçlarına ulaşmaya çalışyor aslında. Gündemi meşgul eden asrın deneyi denilen çalışmalarda bir bakıma kâinatın ilk günlerine gidildi, küçük yaratılış patlamaları tekrarlandı. Amaç, bu patlamalarla tüm olayların tek bir denklemle ifade edileceği sonuçlara ulaşmak. Bilim camiasında, bütün formüllerin temelinde yatan ana formüle ulaşmanın heyecanlı bekleyişi var. Varlık, metafizik eksenli yeni bir tanıma daha kavuşabilir üstelik. Atom teorileri ile ilgili bir çok konu açıklanamaz durumda çünkü. Bilimde dönüşüm yapacak, bilimin önünü açacak ve 21. yüzyılın bilimini yapacak yeni dehalar bekleniyor. 

Maddenin çekirdeğini, temelini bulmak için yüzyıllardır süren arayışların içine girdik. Maddenin derinliklerine daldık. Önce atomları, sonra yüz bin kat daha küçük olan atom çekirdeğini, ardından da atom çekirdeğindeki alt yapılar olan protonları, nötronları ve diğer yüzlerce "temel parçacıklar"ı keşfettik.. Hayvanat bahçesini andıran bir parçacık dünyası bulduk karşımızda. Yani parçacık dünyasında tesadüf ve karmaşa değil bir hiyerarşi ve düzen karşımıza çıktı. Özellikle atom altı dünyada ve kuvvetler dünyasında “birlik” en açık bir fizik gerçeği olarak karşımıza çıktı. “Birleşik alanlar teorisi “ ve “Büyük birleştirme teorisi”, aslında her şeyin temelde tek şeyden oluştuğunu söyler. Higgs bozonunu bulmak aslında tüm parçacıklara kütle kazandıran asıl ana parçacığa ulaşmak demektir. Tüm parçacıkların ondan çıkan parçacığa yani. Bu parçacık Bigbang denen kainatın ilk yaratılığında o yüksek sıcaklıklarda o kozmik ortamda o yaratılış silsilesi içinde oluşmuş ve sonra da diğer parçacıklara dönüşmüş olmalı. Onun için kainatın ilk yaratılış anındaki o müthiş şartları hazırlamak gerekiyordu. O şartlarda belki de saniyenin milyarda biri gibi bir zaman aralığında onu gözlemleyebilecektik.. 

Onun için CERN'deki o "süper mikroskop" sisteminin tamamlanması için bilim adamları ondört yıldır canla başla çalışıyorlardı. Deney 2008'lerde başladı. Deneyin temelini kısaca anlatmaya çalışırsak; atom altı dünyayı gözlemlemek için bir tür dev “parçacık hızlandırıcısında” önce parçacık demetleri oluşturuluyor. Proton gibi atom parçacıkları önce tek yönde hızlandırılıyor. Daha sonra ters yönlerde hızlandırma ve sonunda çarpıştırma duraklarından geçiliyor. Önce düşük enerji düzeyleri, sonra tera ölçeği.. Nisbi zayıf deney yoğunluklarından kontrolü daha zor olan yüksek yoğunluklara geçiliyor. Sonra?.. Yol üzerindeki her adımda, görev alan binlerce bilim insanı, mühendis ve öğrenci sonuçları yorumluyor.

Bu deneylerle dünyada erişilmiş en yüksek çarpışma enerjilerine ulaşıldı. Bilim tarihinin bu en güçlü "parçacık hızlandırıcısında" trilyon elektronvolt (kısaca TeV) düzeyinde enerji üretecek bir sistemi tasarlıyorsunuz. TeV (trilyon elektron volt) ölçeğini keşiflere açmak, yepyeni bir deneysel fizik dünyasına girmek anlamına geliyor. Niçin böylesine yüksek enerji? “Elektrozayıf simetri kırılması,” “hiyerarşi problemi “ve “karanlık maddenin”sırrı gibi konular, ancak TeV ölçeğinde çözülebilir.. Şimdiye kadar bir türlü bulunamayan Higgs parçacıklarına ancak bu enerjilerde ulaşılabileceğine inanılıyor. Evrendeki maddenin çok büyük bölümünü oluşturan "karanlık madde"nin sırlarına da Higgs bozonlarını keşfederek ulaşabileceğiz belki de. Belki de hatta 19. yüzyılın sonlarında (ve 20. yüzyılın başlarında) bilim dünyasının yoğun bir şekilde tartıştığı "esir maddesi"nin "karanlık madde" ile ilişkisi ortaya çıkarılacak.

13.7 milyar yıl önce olmazlar oldu ve Kudreti Sonsuzun emri ve iradesi tecelli etti. Varlık yokluğa tercih edildi. Hiç yoktan kainatın çekirdeği olan “enerji” halkedildi. Peki ama o enerji boşluğa ısı ve ışık olarak dağılacağına nasıl oldu da “kütle” kazandı yani maddeye, galaksilere, yıldızlara dönüştü? Bunu sağlayan atom-altı bir parçacık nedir acaba? Evet binlerce bilim adamları CERN’de bu parçacığı araştırıyorlardı. CERN’de “Büyük Hadron Çarpıştırıcısı” adlı bir ünite var. Burada kainatın ilk yaratılış yani ‘big bang’ ortamı oluşturuyorsunuz. Burada “Güneş merkezindeki enerjiden yaklaşık 100 bin kat daha fazla” enerji yoğunlaşmasına çıkılabiliyor. 

Nükleer kuvvetle etkileşen parçacıklara hadronlar, elektron türü hafiflere leptonlar, protonların içyapısını oluşturan kuarklara da baryonlar denir. Bu ince yapıları deneyle müşahade için her basamakta enerjiyi artırmak gerekir. Yani atomlardaki elektronu etkilemek için eV (elektron Volt, bir enerji türü) mertebesinde enerji gerekirken, atomun kendi bölgesini keV (kilo bin eV) mertebesindeki X-ışınlarıyla çözülebiliyor, çekirdeği incelemek için MeV (milyon eV) lazımdır. Daha ince detaylar için GeV (Giga, milyar eV) lazım.

CERN 1984 yılında bu enerji seviyesine çıkabildi ve Nobel ödülü alan Abdüsselam’ın teorisini doğrulayan (W, Z bozonları) parçacıklarını bulundu Meselenin en az duyulan ve can alıcı kısmı aslında “simetri kırılması” ve yukarıda ifade ettiğimiz gibi kuvvetlerin vahdeti-birliği (birleşik alan nazariyesi, standart model). Fizik olabildiğince hâdiseleri tek bir prensip ile açıklamak ister. Birbiriyle ilgisi olmayan birçok olayın tek bir mekanizmayla açıklamaya çalışır. CERN’de süre giden son çalışmaları, kâinatta var olan kuvvetlerin aslında tek bir kuvvet olduğunu göstermeyi hedeflediğini söyleyebiliriz. Böylece deneyin “tevhide” hizmet eden açık bir yönü var. 

Bu son deney neyi gösterdiğine bir kere daha vurgu yapalım. Çekirdek kuvveti diğer elektrik ve zayıf kuvvetle birleştirilmesi esnasında ortaya çıkması beklenen parçacıkların teşhis edilmesi.. Bu deneyle artık çekirdeğin zerreleri olan proton/nötronları oluşturan ‘kuark’ denen parçacıklara ve onların derinliklerine nüfuz etmek.. “Standart Modele göre parçacıklarla etkileşime girerek, onlara kütle kazandıran Higgs bozonlarıdır; bunlar maddenin en küçük birimini veren parçacık olabilir. Belki de bazıların “esir” dediği madde. Yoğun aramalara rağmen, bu parçacık şimdiye dek müşahede edilememişti. Atom ve tanecikler dünyasını anlatmaya çalışan “Standart modelin” tahmin ettiği zerreler halkasının en temel gözlenmeyen son üyesini teşkil ediyor. 

Çalışmanın Sonuçları

4 Temmuz 2012 günü yapılan açıklamalara göre CERN’deki çalışmalar bir aşamaya geldi ve bir parçacık bulundu. Acaba bu aranan Higgs miydi? CERN çeşitli ünitelerden oluşuyor. Onlardan birisi de ATLAS. ATLAS sözcüsü Fabiola Gianotti şu açıklamaları yaptı: 

“Elimizdeki veride, 126 GeV kütle bölgesinde yeni bir parçacığın belirgin izlerini 5 sigma seviyesinde gözlemliyoruz. LHC’nin ve ATLAS’ın mükemmel verimi ve bir çok insanın olağanüstü çabası bizi bu heyecan verici duruma getirdi.”

“Yeni bir parçacığın izlerini 5 sigma seviyesinde gözlemlemek” çok teknik bir tabir.. O yüzden bunu anlaşılır şekilde anlatalım. “3.500.000 gözlemde 3.499.999 kez bu izi gözlemledik” Bilimde bir şeyin olmama ihtimali 3,5 milyonda bir ise, bu gerçeği buldunuz demek anlamına geliyor. Ama bilimadamları o kadar işini sağlama alıyor ki, bu 3,5 milyonda 1 ihtimali dahi kaldırmak için yıl sonuna kadar çalışmalarını arttırarak devam edecekler. 

CERN'de çalışan Türk bilim adamları da var: İşte onlardan birisi olan prof. Mustafa Ünel şunları söylüyor: “Bu yeni parçacık, aradığımız parçacık mıydı? Yoksa bir algıç hatası ya da üst üste 10 defa tura gelmesi gibi tabiatın bize yaptığı bir istatistik şakası mıydı? Böyle olması ihtimalinin 3 milyonda bir olduğu hesaplandı! Yani kesinlikle yeni bir parçacık bulduk, ama bu nedir henüz tam bilmiyoruz. Higgs parçacığı olabilir...”

(…...)

“Ancak elimizdeki veri ile olası her özelliğe bakamadık. Yapılacak ilk iş daha çok veri toplayıp bu görülen parçacığın gerçekten Higgs olduğundan emin olmak... Higgs parçacığı ise, artık protonu oluşturan temel parçacıklara (kuarklar, elektronlar vb.) kütle kazandıran mekanizmayı anlıyor olacağız...” (internet haber).

Bu açıklamalara göre daha işin başında olduğumuzu anlayabiliriz.. Bir parçacık keşfedilmiş durumda. Ama parçacığı keşfetmekle iş bitmiyor.. 

Higgs’in Hikayesi

HİGGS’in hikayesine göz atarak konuya neden bu kadar önem atfedildiğini anlamaya çalışalım. Teorik olarak Higgs parçacığının her şeyin başlangıcı olduğu ve her şeyin atası olduğu iddiası var. Bu iddiayı 50 yıl önce Peter Higgs ortaya atıyor. Bir kuantum mekaniği fizikçisi olan Higgs 13,7 milyar yıl önceki Big Bang (Büyük Patlama) dan sonra parçacıklara kütle kazandıran özel bir atomaltı parçacık olduğunu söylüyor. Teoriye göre “Higgs Alanı” ndan geçen kütlesiz tüm parçacıklar bu özel parçacık ile temasa geçtikten sonra kütle kazanıyor. Neredeyse aynı dönemde benzer sonuçlara ulaşan Robert Brout, Francois Englert, Gerald Guralnik, C. R. Hagen, ve Tom Kibble gibi fizikçiler de var. Fakat kısmete bakın ki, bugün bu parçacık bugün hiçbirinin adıyla anılmıyor. 

Şimdi tabi bozon nedir onu açıklayalım. Kuantum mekaniğinde tüm atom parçacıkları iki gruba ayrılabilir: Fermiyonlar ve Bozonlar.. Fermiyon ailesinin üyeleri kimler bakalım: Elektronlar, protonlar, nötronlar, kuarklar, nötrinoler vs..). Peki Bozon ailesinin fertleri ..? Fotonlar, alfa tanecikleri, gluonlar vs. Görüldüğü gibi şu ünlü parçacık Bozon grubuna giriyor. Bu yüzden onu o şekilde anıyoruz. 

Parçacıklar da aile ailedir. Parçacıklar ailesinde fertler benzer davranış gösterirler. Parçacık ailelerinin bireylerinin niçin benzer davranışlar gösterirler? Bu sorunun cevabı, o parçacıkların içlerindeki hangi parçacığı gizlediği ile ilgili. Çünkü içlerinde onlara nasıl davranacaklarını söyleyen, daha da küçük parçacıklar yer alır. Örneğin, aynı aileden olan protonun da nötronun da içinde kuark adını verdiğimiz minik parçacıklar var. Dolayısıyla kuarklar atom çekirdeğini oluştururlar. Atom çekirdekleri elektronlarla birlikte atomları oluştururlar.

Standart modele göre, madde yani evren daha küçük parçalara bölünemeyen 12 fermion ve 6 bozondan oluşan toplamı 18 temel parçacıktan meydana gelir. Fermion ve bozon sözcüklerini yukarıda açıkladık. Bunlar maddeyi meydana getiren temel parçacıklara verilen ortak isimler... Standart modeli oluşturan parçacıklar var. Hepsi de bulundu. Higgs bozonu hariç tümü deneysel olarak var oldukları ispatlandı. 

Şimdi diyeceksiniz ki 10 milyar dolarlık koskoca deney, Higgs’in varlığını göstermek için mi yapılıyor? Evet. Söylediğimiz gibi bu parçacık ispatlanırsa maddenin oluşum mekanizması anlaşılacak. Yani bir noktada yaratılış sırrı; Allah’ın kainatı nasıl bir mekanizma ile yaratmış olduğu bir nebze daha aydınlatılmış olacak 

Konuyu biraz daha aralayalım ve konuyu anlaşılır kılmaya çalışalım isterseniz. Bigbang’a göre, ilk başta sonsuz yoğunluktaydı. Böyle çekirdek bir evren daha sonra nasıl oldu da çok geniş bir evrene dönüştü ve maddeyle doldu? Teori şöyle diyor:. Genişleyen evrende eşit miktarda madde ve antimadde yaratıldı. Birbirleriyle etkileşime giren madde ve antimadde birbirini yok etti ve saf enerjiye dönüştü. Yani kağıt üzerinde, evren boş olmalıydı. Halbuki öyle olmadı. Bir “irade” yokluğu varlığa tercih etti. Henüz sırrını anlamadığımız bir “mekanizma” devreye girdi ve evren var oldu. İnce ve hassas hesaplarla hareket eden milyarlarca yıldız ve gök sistemleri ile dolu galaksiler halkedildi.. Sonra dünyamız... Hayatın bütün güzelliklerinin yer aldığı Dünyamız yaratıldı. Teori diyorki; “Büyük patlamanın” ardından çok çok kısa bir süre sonra Higgs alanı denen bir alan yaratıldı ve buradan geçen parçacıklar kütlelerine kavuştu.

Eğer teoriler gerçekleşir ve Higgs parçacığı bulunursa o zaman şöyle diyeceğiz: Evren, büyük patlama oluşmuş bir enerji sistemidir. Tekil noktadan enerji, Higgs olarak fışkırmış ve aynı anda uzay-zaman yaratılmıştır. CERN’de yapılan deneyler sonucunda evrenin yaratılış anı bir anlamda laboratuar ortamında tekrarlanmış olmaktadır. Bu parçacığın ispatlanması kainat yap bozunun kayıp parçasının bulunmuş olmasıdır. 

Tanrı parçacığı (God Particle) adı nereden geliyor diye merak edilebilir. Bu konuda şöyle bir hikaye anlatılır: Fizikçiler her türlü atom altı parçacığı bulmalarına rağmen, bir türlü her şeyi açıklayacak Higgs Bozonu parçacığını bulamadı ama hep aramaya hep devam etti. Leon Lederman adındaki bir deneysel fizikçi bir türlü bulunmayan bu parçacık üzerine yazdığı kitabına “Goddamn Particle” (Tanrının Belası Parçacık) adını vermeye karar veriyor. Editörü ise kitabın daha çok satabilmesi için ismini “God Particle” (Tanrı Parçacığı) olarak değiştirip piyasaya öyle sürüyor.

Kitaba bu ismin verilmesini Peter Higgs’i kızdırdığına-üzdüğüne dair notlar da var.. Kızmasının sebebi böyle bir tabirin inançlı kesimi rahatsız edeceği hususu... Bu kadar da düşünceli ve etik değerleri olan bir adam olduğunu anlaşılıyor Higgs’in. 

Higgs bozonunun varlığına inanmayanlar da yok değil. Ünlü fizikçi Stephan Hawking bunlardan biri. Hatta Hawking bu parçacığın var olmadığına dair bahse bile girmişti.

Yeni Buluşlar Hayatımızı Nasıl Etkileyecek?

Bu buluş teknolojide nasıl bir değişim getirercek? Şimdi merakla beklenen konu bu. Bilim ve teknolojide yeni çığırlar açılacak mı? Bilim adamlarının cevabı şöyle: 

“Pratikte bu ne işe yarar sorusu için çok erken. Biz bugün bir çocuğun doğumunu müjdeledik.’

4 Temmuz 2012 günü Higgs Bozonu ile ilgili sunumun yapan CERN’den Gianotti’ye kulak verelim: 

“Bundan sonraki aşama, keşfedilen yeni parçacığın doğasını ortaya çıkarmak ve evreni anlamamızda bize nasıl bir katkı yapacağını anlamak. Analizler yaparak, bu parçacığın uzun yıllardır peşinde olduğumuz Higgs Bozonu olup olmadığını anlayacağız. Standart Model, evreni anlamamızı sağlayan temel parçacıkları tanımlıyor. Ancak evrendeki maddeler, bizim tespit ettiğimiz yüzde 4′lük madde miktarından daha fazla olmalı. Higgs Bozonu’nu ortaya çıkarmamız, evrenin yüzde 99′unu anlamamız için bize yardımcı olacak.” 

CERN deneyinde ‘Higgs Bozonu’ denilen atomaltı parçacığın bulunması bilim tarihinin en önemli olaylarından birisi olması şu bakımdan önemli: Bizim bildiğimiz madde ile evrenin sadece yüzde 4’ünü izah edebiliyoruz. Galaksilerden, güneşlerden, yıldızlardan oluşan bildiğimiz maddi evren, bütün evrenin sadece yüzde 4’üne karşılık geliyor. Düşünebiliyor musunuz evrenin % 96'sının ne olduğunu bilmiyoruz. Bilimin önünde daha keşfedilmeyi bekleyen çok sır olduğunu buradan tahmin edebiliriz. Örneğin esir maddesi konusu bunlardan birisi. Anlaşılıyor ki perdenin arkasında daha nice alemler var !.. Gördüğümüz alem, sanki ceviz kabuğunun sadece dış kısmı. CERN’de Higgs Bozonu’nun bulunmasıyla doğrulanan ‘Standart Model’ teorisi işte bu yüzde 4’lük evren bölümünü izah etmiş olacak ancak. Bununla birlikte, buradan yola çıkarak karanlık maddenin neden ibaret olduğuna dair ipuçları elde edebiliriz. Belki de esir maddesinin..

Tabi ki sorumuz şu bildik yüzde 4’ün dışında evrende neler var? Evrenin neredeyse dörtte üçü, %74’ü “kara” ya da “karanlık enerji” denen “tamamen belirsiz bir şey.” Geri kalan, %22 ise “karanlık madde”dir. Bir tür madde ama kütlesi yok. Karanlık madde ve enerjinin varlığı, sahip olduğu çekim gücüne dayanarak belirlenebiliyor. Karanlık madde ve enerji, uzaydaki görülebilir maddeden yapılmış galaksilerin pozisyonlarını kontrol eden dev bir kafes oluşturuyor, böylece galaksilerin dönerken parçalamalarını önlüyor! 

Öncelikle şu yanlış anlamanın önünü keselim. Bazıları şöyle düşünüyor; Higgs parçacığını keşfetmek demek bilinmeyen karanlık maddeyi keşfetmek yada Esir maddesini keşfetmektir. Hayır, Higgs’i gerçekten keşfetmekle bilinen % 4 lük maddenin kütlesinin kaynağını keşfetmiş olacağız. Ama bu keşif karanlık maddeye de uzayı ve her tarafı dolduran tüm parçacıkların ondan yapıldığı “esir” maddesinin de keşfine kapı açabilir ve evrenin yüzde 96’ını oluşturan “karanlık”lara ışık tutabilir. 

Açığa çıkarılan sırlar evrende hakim olan muazzam ilahi gücün varlığını daha belirgin hale getiriyor. Elbette sayısız gök cisimlerini düzen içerisinde ayakta tutan bir güç var. Elbette tanımlanabilen belli bir amaca yönelik böyle büyük bir gücün sahipsiz olduğunu iddia edecek kimse bulunmuyor. Tüm evrene hakim olan bu kuvvet beraberinde yıldızları ve galaksileri de bir düzen içinde tutuyor, dengeyi sağlamada “aracı” ve “vasıta” bir madde ve enerji olmalıdır. Adına ister “kara enerji” diyelim isterse “esir enerjisi” diyelim açık olan şu ki böyle olağanüstü bir kuvvetin kontrolü, herşeye hakim, sınırsız güce sahip Yüce bir Varlık sayesinde mümkün olabilir. Elbette ki, bu gücün sahibi dünyayı ve tüm evreni yaratan, gücü sonsuz ve her şeye içine alan Allah’tan başkası olmayacaktır.

Fizik, gözlemlenebilir ve ölçülebilir varlıkların bilimidir. Fakat atomaltına indiğimizde ölçmenin hayli zorlaştığı bir “belirsizlik” âlemine geliyoruz. Fiziğin dar kalıplarına sığmadığı için bu aleme kuantum adını vedik. James Jean, Sir Edington, Emile Boutroux gibi bilginler burada metafiziğe kapı açıldığını yazdılar. Karl Popper, metafiziğin bilimin gelişmesi için ufuk açıcı olabileceğini belirtti.

Elbetteki meraklarımızı fizik âlemle sınırlamak mümkün değildir. Neden Big Bang? Niye enerjiyi maddeye çeviren Higgs Bozunu var?.. Evrenin temelindeki matematik, şuur ve ilme işaret ediyor. Kâinatın bütünlüğü ve hiyerarşisine olan inanç, ilim adamlarını kâinatı izah edecek daha temel ve basit bir teoriyi bulmaya doğru koşturuyor. Evrendeki tüm sistemlerin ahenkle işlemesinde rol alan kuvvetlerin ve topyekûn maddî unsurların, sonuçta tek hakikatin değişik yansımalarından ve tecellilerinden başka bir şey olmadığı gün geçtikçe bilim aynasında daha iyi ortaya çıkmaktadır. Yeni buluşlar evrenin tek bir noktadan ve tek bir özden çıktığına destek verirken, ortaya çıkan gerçeklikler, tek bir Yaratan'ın varlığına açık deliller ortaya koymaktadır. Öyle görünüyor ki elde ettiğimiz sonuçlar, evrene ve varlığa yüklediğimiz manayı değiştirecek. Hatta öyle beklentiler var ki, ortaya çıkacak buluşlar nereden gelip nereye gittiğimiz ve ne amaçla yaratıldığımız gibi yaratılış sırlarına açıklık getirebilir; din ile bilimi buluşturacak sonuçlara götürebilir.

16420 kez okundu