Katalog

‘İnsanoğlu evrene ait önemli bir sırrı daha anlamış oldu’ İsviçre’deki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nden (CERN), 4 Temmuz tarihinde yapılan açıklamada Higgs bozonu olması kuvvetle muhtemel yeni bir atomaltı parçacığının keşfedildiği bildirildi. 50 yıldır bu parçacığın izini süren bilim insanları, avın sona erdiğini, ancak evrenin keşfinin yeni başladığını belirtiyor. Reyhan Oksay Prof. Dr. Kayhan Ülker Higgs bozonunun keşfi: B üyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) çalışan fizikçiler, Higgs bozonunun veya en azından Higgs’e benzeyen bir parçacığın keşfedildiğini duyundular. 4 Temmuz sabahı CERN’de gerçekleştirilen iki özel seminerde, LHC’nin ATLAS ve CMS deneylerinin sözcüleri 5 sigma düzeyindeki bir güvenilirlik ile Higgs kütlesini ölçebildiklerini açıkladılar. Genel olarak –ama her zaman değil bu istatistiksel eşiği geçen herhangi bir buluş “keşif” olarak değerlendiriliyor. Mimar Sinan Güzel Sanatlar Üniversitesi Fizik Bölümü Başkanı ve aynı zamanda geçen sene kapatılan Feza Gürsey Enstitüsü son Müdürü Prof. Dr. Kayhan Ülker’e bu keşif ile ilgili görüşlerini sorduk. İşte yanıtları: bir sapma ile doğru olduğu söylendi. %100 olarak bilemediğimiz şey ise bulunan bu yeni parçacığın tam olarak standart modelin öngördüğü Higgs bozonu mu, yoksa yeni bir Higgs bozonu mu ya da Higgs bozonlarından bir tanesi mi olduğudur. Standart Model bu keşif ile kuramsal yapıdan deneysel yapıya geçmiş oluyor mu ? Standart Model kuramsal olarak 1970‘lerde ortaya atıldıktan sonra modelin öngördüğü parçacıklar teker teker deneylerde görüldü. Örneğin, kuark ailesinin son elemanı yukarı (top) kuark 1995’de, tau nötrinosu 2000’de ve son olarak Higgs olduğunu düşündüğümüz parçacık da 2012’de keşfedildi. Bu sonuç, teorik olarak doğayı anlamakta doğru yolda olduğumuzu açıklamakta. Bundan sonra ise, yeni parçacıkları bulmayı umduğumuz, standart model ötesi teorilerin, gerek teorik gerekse deneysel olarak çalışılması ağırlık kazanacak. Higgs Bozonu nedir? Bozonun bulunması için hangi deneyler yapıldıLHC, ATLAS, CMS gibi ? Bozon spini tam sayı olan parçacıklara verilen genel addır ve büyük Hint fizikçisi S.N. Bose anısına bu isim verilmiştir. Kuarklar ve elektronlar gibi spini yarım tam sayı olan parçacıklar maddeyi oluştururlar ve başka bir büyük fizikçi olan E. Fermi anısına Fermiyon olarak adlandırılırlar. Temel bozonlar genelde elektromanyetik (foton), kuvvetli (gluon) ve zayıf (W ve Z bozonları) etkileşmelerin taşıyıcılarıdır. Spin’i 0 olan Higgs tüm bu bozonlardan farklıdır. Standart Model, kuantum mekaniği ve özel göreliliğin bir araya gelmesi ile elde edilen ve kuantum alan teorisi adı verilen teori kullanılarak inşa edilmiştir. Parçacıklar kendileri ile ilintili olan alanların kuantumlanmış halleridir. Kütleli temel parçacıkların bu kütlelerini kazanabilmesi için Higgs alanı ile etkileşmeye girmesi gerekir. Higgs bozonu ise bu alanın kuantumlanmış halidir. Peter Higgs ve diğerleri tarafından 1964’de öngörülen bu mekanizma 1980‘lerden itibaren Chicago’daki Fermilab ve Cenevre’deki CERN’de yürütülen çeşitli deneylerle gözlemlenmeye çalışıldı. Bu keşiften yine %100’lük bir doğruluğa sahip sonuç çıkmadı. Bu keşfin kesinlik kazanması için ne gibi süreçlerden geçmesi gerekiyor? Bu arada 5 sigmalık bir sapma ne anlama geliyor? Eğer bir deneyde beklenenden farklı bir sonuç çıkıyorsa bu yeni bir keşfe işaret edebileceği gibi, verilerde meydana gelen dalgalanmalardan da kaynaklanabilir. Bilim insanları bunun yeni bir keşif olup olmadığını anlamak için istatistiksel Bu keşif, biz sıradan insanlar için ilerde ne gibi değişikliklere zemin hazırlayabilir ? Bu en sık sorulan sorulardan biri. Ama cevabı basit, insanoğlunun entellektüel birikiminin artması ve evrenin sırlarına ait merakının bir kısmını gidermesi haricinde, yakın gelecekte ne gibi pratik değişikliklere neden olacak bilmiyoruz. Aksini iddia etmek tıpkı “anne karnındaki oğlum büyüyünce ressam olacak” demek gibi bir şey. Ancak tarihsel olarak baktığımızda insanoğlunun kurduğu modern medeniyetin bu noktaya gelmesinin en büyük nedeni doğayı ve evreni anlama çabaları. Her ne kadar, her dönemde bu çabaların ve bu çabalar neticesinde elde edilen yeni keşiflerin gereksiz olduğunu düşünenler olsa da tarih bu şekilde düşünenleri hep yanlış çıkarttı. Örneğin 1920‘lerde kuantum mekaniğinin ve özel göreliliğin günlük hayata uygulamasının olamayacağı söylenmişti ancak günümüzde endüstrileşmiş ülkelerin üretimlerinin %90’ı transistör ve lazerler içeriyor. 1980‘lerde parçacık fiziği gereksiz denmişti ama örneğin modern tıbbi görüntüleme (MR, PET gibi) tekniklerin tamamına yakını parçacık fizikçileri tarafından laboratuarlarda evreni ve doğayı anlamak için geliştirilen teknikler. Kısaca daha iyi mum yapmaya çalışarak elektriği icat etmek pek de mümkün değil. Bilim insanları Higgs’i bulduklarını nasıl anladılar ? Higgs Bozonu çok kısa ömürlü. Bu nedenle doğrudan algıçlara (dedektörlere) ulaştığı için keşfedilmedi. Ancak, Standart Model’e göre Higgs’in hangi parçacıklara bozunacağını öngörmek mümkün. Deneyde Higgs’in iki fotona bozunması ve Higgs’in önce W ya da Z bozonlarına, ardından bunların ikişer da leptona bozunmasını öngören iki farklı kanala bakıldı. Keşif bu iki farklı kanalda ölçülen verilerin analiz edilmesiyle yapıldı. CERN’in görevi bitti mi ? Bundan sonra neler yapılacak? Bu keşif tabi ki bilmediğimiz en son soruyu cevaplamadı. Cevap bekleyen pek çok temel soru daha var. Bir kaç örnek vermek gerekirse, çok küçük ölçeklerde yerçekimi teorisinin nasıl davrandığını bilmiyoruz ve bu nedenle elimizde yerçekimi teorisinin tutarlı bir kuantum teorisi yok. Dolayısıyla Standart Model ile yerçekimi teorisini nasıl birleştireceğimizi de bilmiyoruz. Diğer taraftan, bugün evrende gözlemleyebildiğimiz madde, evrende olması gereken maddenin sadece %4’ü kadar. Karanlık madde ve karanlık enerji olarak adlandırılan geri kalan %96‘lık kısmın ne olduğunu bilmiyoruz. Büyük patlama sonrasında parçacık, antiparçacık asimetrisinin nasıl oluştuğunu da bilmiyoruz. Bu soruları çoğaltmak mümkün. Uzunca bir süredir teorik fizikçiler bu ve benzer soruların cevabını bulmak için, devrim niteliğinde sayılabilecek, yeni fikirler, yeni modeller üzerinde çalışıyorlar. CERN de bu yeni modellerin, örneğin süpersimetri ve ekstra boyutlar gibi, izlerini aramaya devam ediyor. Dolayısıyla CERN’in görevi bitmedi hatta daha yeni başlıyor bile diyebiliriz. CBT 1321/9 13 Temmuz 2012 bir ölçü olan sigmayı kullanırlar. Sigma ne kadar yüksekse keşif olma olasılığı o kadar yükselir. Örneğin 3 sigma, elde edilen sonucun 1/740 ihtimalle istatiksel bir dalgalanma olduğunu ve yeni bir keşif için bir işaret olabileceğini, 4 sigma verilerin 1/32000 ihtimalle istatiksel bir dalgalanma olduğunu ve bu nedenle yeni bir keşfe kuvvetle yaklaşıldığını ifade eder. 5 sigmalık bir sinyal, bu sinyalin istatistiksel bir sapma olma olasılığının 3,5 milyonda bir olduğunu söyler. 5 sigma ve sonrası fizikçiler için yeni bir keşif demektir. Bu nedenle keşiften %100‘lük bir doğruluğa sahip bir sonuç çıkmadı demek bence oldukça yanıltıcı. Buna kesinlikle yeni bir keşif diyebiliriz. CERN’de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) birbirinden bağımsız ve 6000‘e yakın bilim insanının emekleriyle yürütülen CMS ve ATLAS deneylerinde yaklaşık iki senedir yapılan bu keşif ile ilgili veri toplanmakta ve bu veriler analiz edilmekte. 4 Temmuz günü yapılan açıklamada, 125 gigaelektronvolt (GeV) kütleli yeni bir bozonun bulunduğu ve elde edilen sonucun 5 sigmalık Keşfin önemi nedir? Higgs olmasa ne olacaktı ? Bu keşif ile birlikte insanoğlu evrene ait önemli bir sırrı daha anlamış oldu. Keşif sayesinde daha önceden gözlenen ve kütleye sahip elektron, kuark gibi temel parçacıkların neden bu kütlelere sahip olduğu ve bu kütlelerin hangi mekanizma ile kazanıldığını anlamış olduk. Bu problem fizikte cevap bekleyen çok önemli sorulardan bir tanesiydi. Eğer yaklaşık 40 senedir aranan Higgs parçacığı bu sefer de bulunmasaydı, doğal olarak ilk başta bir hayal kırıklığı yaratacaktı. Sonrasında da doğanın bu parçacık olmadan nasıl işleyeceğini anlayacağımız yeni modeller geliştirmemiz ve test etmemiz gerekecekti.