Katalog

Higgs alanı çerçeveye girince parçacıklar çamurda sürüklenir, elektronlar azıcık kütle kazanır, müonlar az daha fazla, güzel [ya da alt] kuark iyice çok; üst kuark ise şişkolaşır. W ve Z denilen parçacıklar büyük kütleler alırlarken fotonlar Higgs alanına omuz silker. Ama şimdi matematik karmaşıklaşmış ve dört kuvvet yeniden belirmiş ve de tabii ki kuramcılar tümüyle iş sahibi olmuştur. Higgs kaleidoskop örneğimize göre “ayna sistemini” açığa çıkartacak anahtardır. Higgs kimi matematiksel dertleri de giderir. Başta gelen hızlandırıcılarda Higgs gayretli ama beyhude arayışlar yapıldı, ama Higgs olguları için belirleyici tanıtlar neredeyse kesinlikle erken LHC araştırmalarından çıkacaktır. Higgs Bozonu en sonunda bulunacak mı? CERN’de 10 Eylül 2008 günü proton demetlerine tam tur attırılarak ilk denemeleri yapılan (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) LHC’de önümüzdeki yıllarda yapılması planlanan ve “yüzyılın deneyi” diye tanıtılan deneylerde amaçlananlardan en önemlisi standard modelin gereksindiği ancak bugüne dek bulunamamış olan Higgs bozonunun aranmasıdır. Prof. Dr. Tekin Dereli, Koç Üniversitesi ve TÜBA, [email protected] ÇARPIŞTIRICI ESRARIN ÇÖZÜMÜNE NASIL YARDIMCI OLUR? LHC parçacıklar arasında çarpışmalara yol açmak ve fizikçilere çıkacak döküntünün bir görünümünü vermek için yapıldı. Parçacıklar kuantum kuramından bildiğimize göre kuvvet alanlarıyla ilişkilidir. Yani, bir parçacık (Higgs bozonu gibi) bulursanız ilişkili kuvvet alanını (Higgs alanı) da bulmuş olursunuz. Çarpıştırıcının enerji düzeyi yeterince yüksekse –LHC şimdilik en yükseğidir– çarpışmalar daha büyük kütleli parçacıklar üretecektir. Bu ise her saniye oluşacak milyonlarca çarpışmada LHC’nin bir Higgs bozonu üretme şansını arttırır. Bunlar da sonra varlayıcılar tarafından kapılıp bağlantılı oldukları güçlü bilgisayarlara kontrol odasındaki alkış tufanına götürülecekler. Bu 10 ya da 20 kez olursa çabucak dünya çapında kutlamalara götürecektir. Bildiğimiz diğer parçacıklar –kuarklar, leptonlar, bozonlar– eski parçacık hızlandırıcılarında keşfedildiklerinde olan buydu (15). LHC’yi büyük olay yapan ise enerjisinin Higgs bozonunu oluşturacak denli büyük olmasıdır. Birleştirme arayışı Higgs ile Parçacık dedektörü. bitmiyor. Birleştirici olan “herşeyin kuramı”nın belirtici işaretleri üstünsimetri (supersymmetry) denilen bir şeydir. Bu bir matematiksel kuram olup bilinen tüm parçacıkların – kuark ve leptonların– ikizleri olduğunu öngörür. Bu ikizlerin hiçbirisi keşfedilmedi (ama bu bizi onlara skuark, slepton gibi şiirsel adlar vermekten alıkoymadı). Ancak, LHC bunu değiştirebilir. Geriye, 13,7 milyar yıl önceye, zamanın öyle bir noktasına gidelim ki bütün uzay ve içerdiklerinin hacmi neredeyse sıfır olan bir bölge içinde olsun. O andan beri evren genişlemekte, gökadalar birbirlerinden uzaklaşmaktalar. Ama kütleçekimi çekici olup gökadaları çekip yaklaştırmak ister; bu da genişlemeyi yavaşlatmalıdır. 1998’de iki deneyci grubu evrenin genişlemesinin yavaşalamasını ölçmek istediler, ama yanıtları şok yarattı: genleşme yavaşlamıyor, hızlanıyordu! Öyleyse bir şey esrarlı bir şekilde davranarak bütün maddeyi dışarı doğru itiyor olmalı. Buna karanlık madde diyoruz. Karanlık madde belki de evrenimizin en afallatıcı ama en önemli keşiflerinden birisidir. Tüm gökadaları birbirlerinden uzağa itecek enerji miktarını hesapladığımızda rakam yüklü çıkıyor: bu evrendeki bütün enerjinin yüzde 75’i kadar. Ç ekirdekaltı âlemin standard modelini vererek Higgs bozonunun ne olduğunu ve önemini anlatmadan önce, birkaç kişisel şey söylemek istiyorum. Otuz küsur yıl önce doktoramı, standard model kapsamında manyetik monopolları incelediğim tezimle, ODTÜ’de yüksek enerji fiziğinde tamamlamıştım. Ama orada bırakmadım. Doktora sonrası Amerika ve Avrupa’ya giderek Einstein teorisini ve onu genelleyen gravitasyon teorilerini öğrendim. Karadelikler, kozmoloji modelleri ve gözlenmeleri olası gravitasyon dalgaları üstüne makaleler yayımladım. Sicim modellerini çalıştım. Şimdi, 20.yüzyıldan 21.yüzyıla devreden bu problemlerin pek çoğu CERN’de yapılacak yüzyılın deneyi tabir edilen deneyler sonucunda test edilmiş olacaklar. Dolayısıyla CERN’deki deneyleri özel bir ilgiyle izleyerek sonuçlarını heyecanla beklemekteyim. Standard modele dönersek, bir kimyasal elementin tüm özelliklerini taşıyan en küçük birim olarak atom, belli sayılarda proton ve nötrondan ibaret bir çekirdek ve bu çekirdeğe bağlı olarak etrafında dolanan elektronlardan oluşur. Radyoaktif bir atomun daha basit atomlara bozunması sırasında, elektron ve elektronun pozitron diye adlandırılan antiparçacığından başka, nötrino ve antinötrinolar da çıkabilir. Elektronlar, protonlar, nötronlar ve nötrinolar en iyi tanıdığımız temel taneciklerdir. Aslında günlük hayatımız için sadece bu dört taneciği bilsek, bu bilgi mikroelektronikten nanoteknolojiye ve nükleer enerji konularına dek fiziğin tüm teknolojik uygulamalarını anlamamız için yeterli olurdu. BUNU ŞİMDİ KİM ISMARLADI Ancak doğa bu kadar basit değil. İlk kez 1947’de kozmik ışınlarda muon adı verilen yeni bir tanecik keşfedildi. Muon, her niteliğiyle elektronun aynısıdır. Sadece kütlesi, elektron kütlesinin 200 katı kadardır. Ünlü fizikçilerden birisi muonun keşfedildiğini duyunca “Bunu şimdi kim ısmarladı?” demiş. Tam her şeyi anlamak üzereyken, bu parçacık da nereden çıktı anlamında. Üstelik temel parçacık keşifleri bununla kalmadı. 1950’lerden itibaren giderek güçlenen hızlandırıcı ve çarpıştırıcıların devreye girmesiyle birlikte, yeni temel tanecikler birbiri ardına gözlemlenmeye başladılar. Önce elektron nötrinosundan farklı, bir muon nötrinosunun da bulunduğu anlaşıldı. 1976’da elektron ve muonla aynı özellikleri taşıyan, ancak bu kez muondan 200 katı kadar daha ağır tauleptonu bulundu. Buna eşlik eden bir taunötrinosu da peşinden geldi. Bu temel parçacık çiftlerine nesil diyoruz. 1.nesil elektron ve elektron nötrinosundan, 2.nesil muon ve muon nötrinosundan, 3.nesil tauleptonu ve taunötrinosundan oluşur. 4.nesilin olamayacağının kuvvetli gözlemsel kanıtları bulunuyor. Bu altı temel parçacığın tümüne birden, hafif parçacıklar anlamına leptonlar demekteyiz. Proton ve nötronlar, ağır parçacıklar anlamında hadronlar dediğimiz başka bir aileye aitler. Sekizli ve onlu gruplar halinde sınıflandırılan hadronların pek çoğu çarpıştırıcılarda gözlemlenmiş rezonans dediğimiz yaşam süreleri kısa taneciklerdir. Kendiliklerinden daha hafif taneciklere bozunarak yok olurlar. Burada önemli olan husus, hadronların basit parçacıklar olmadıklarıdır. 1960’ların başında hadronların kuark dediğimiz daha temel taneciklerden yapıldıkları anlaşıldı. Kesirli elektrik yüklerine sahip kuarklar yalnız başlarına gözlemlenemezler. Sadece üçlü kuark kümeleri veya kuarkantikuark çiftleri olarak bulunabilirler. Kuarklar da tıpkı leptonlar gibi 3 nesil halindedirler. 1.nesil yukarı (up) ve aşağı (down) kuarklardan, 2.nesil acayip (strange) ve tılsımlı (charmed) kuarklardan, 3.nesil üst (top) ve alt (bottom) kuarklardan ibarettir. Proton iki yukarı bir aşağı kuarktan; nötron bir yukarı iki aşağı kuarktan oluşur. Hadron ailesindeki tüm parçacıklar bu şekilde ya üçer kuarktan ya da kuarkantikuark çiftleri olarak elde edilirler. CBT 1122/ 14 19 Eylül 2008 LHC, KARANLIK ENERJİYİ BULMAMIZA NASIL YARDIM EDECEK? Karanlık enerjinin sadece kuramsal astrofiziği afallatmaktan daha büyük bir meziyeti de var. DEVAMI 22. SAYFADA KUVVETLERİ AÇIKLAMAK Kuarkları bir arada tutan kuvvetleri açıklayabilmek için her bir kuarktan üç değişik tür bulunması gereklidir. Farklı kuark türlerini kuarkların rengi ile ayırmaktayız. Her bir kuark cinsi kırmızı, mavi ve yeşil dediğimiz üç değişik türden olabiliyor. Mesela protonu oluşturmak için kırmızı yukarı kuark, mavi yukarı kuark ve yeşil aşağı kuark bir araya gelir.