CERN Evren Yok Olmalı Demedi

cern-evren-higgs-fizik-parçacıkTürkiye’de çıkan son haberlerde, “CERN sonuçlarına göre Evren aslında yok olmalı” iddiası ortaya atıldı. Oysa bu 2014’te bilim dünyasını sarsan eski haberlerden kaynaklanan yanlış bir bilgi. Tabii ki evren var! Yoksa bugün burada olmazdık. En iyisi işin aslını görelim: CERN 2016’da ne keşfetti?

İlkin kütleçekim dalgaları

Fizikte “Evren kendi çevresinde dönüyor mu, tüm fizik kuvvetlerini tek bir denklemle açıklamak mümkün mü, süpersicim teorisi doğru mu, karanlık madde ve karanlık enerjinin kökeni nedir” gibi soruları yanıtlamak istiyorsak önce ilkin kütleçekim dalgalarını gözlemlemeliyiz.

İlkin kütleçekim dalgaları, Evren’i doğuran büyük patlama sırasında oluştuğu varsayılan ve bizzat uzay-zamanı dalgalandıran enerji dalgalarıdır. Ancak, bunları LIGO gözlemevinin tespit ettiği kütleçekim dalgalarıyla karıştırmayalım. 2016’da gördüğümüz dalgalar çarpışan kara deliklerin yol açtığı dalgalar.

İlgili yazı: Her Kara Delikte Başka Evren Var

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

Korkmayın, evren yok olmadı ve yakın zamanda da yok olmayacak.

 

BICEP2 teleskopu

2014 yılında ise benim de heyecanla yazdığım bir haber bilim dünyasını sarstı. Buna göre, güney kutbunda çalışan fizikçiler Evren’in doğumundan kalan ilkin kütleçekim dalgalarını keşfetmişlerdi.

Bunun için kütleçekim dalgalarının dalgalandırdığı uzayda ışığın polarizasyonunu (kutuplanmasını) ölçtüler. Bu haber aynı zamanda, Dünya’nın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın kanıtladığı Standart Modele göre, Evren’in ölü doğması anlamına geliyordu.

Özetle standart model nükleer fiziği tanımlıyor ve CERN 2012 yılında standart modeli tüm detaylarıyla kanıtladı1; çünkü modelde yıllardır eksik olan ve elektron ile proton gibi parçacıklara kütlesini veren Higgs mekanizmasından sorumlu Higgs parçacığını keşfetti.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Router Modem

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

CERN parçacık hızlandırıcısında protonları neredeyse ışık hızına çıkaran tünel.

 

Sorun nedir?

Sorun şu: BICEP2 teleskopunun keşfettiği ilkin kütleçekim dalgalarının şekli standart modelle uyumlu değil. Aralarında öyle bir uyuşmazlık var ki BICEP2 sonuçlarına göre Evren büyük patlama ile doğduktan 1 saniye sonra kendi üzerine çöküp yok olmalıydı (büyük çökme).

İyi de biz buradayız!

Tabii ki buradayız; çünkü Evren ölü doğmadı ve kendi üzerine çökmedi. Aslında BICEP2 sonuçları yanlış çıktı. 🙂 Fizikçiler bu teleskopla sadece yaşadığımız Samanyolu Galaksisi içindeki gaz ve toz bulutlarıyla çarpılan ışık ışınlarının kütleçekim dalgalarıyla çarpıldığını sanmışlar.

Bu nedenle de ilkin kütleçekim dalgalarını bulduklarını ve bunların Evren’in doğumuna izin vermemesi gerektiğini düşünmüşler. Dediğim gibi eski bir haber; ama basınımıza geç ulaşmış.

Bicep2 haberi yanlış çıkınca ben de üzüldüm; ama gözlemler Evren’in yok olması anlamına gelecekse haber yanlış çıksın daha iyi dedim. Sonuçta standart modele göre, CERN deneyinde bulunan Higgs parçacığı bütün Evren’i telefonları internete bağlayan Wi-Fi alanı gibi kaplıyor.

Öyle ki Higgs alanının değeri değişirse Evren bir anda yok olur ve farklı fizik kurallarına sahip yeni bir evren ortaya çıkar. Neyse yanlış haberlere boş verin.

İlgili yazı: Yoksa Evren Topaç Gibi Dönüyor mu?

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC).

 

Size işin aslını anlatayım

Kütleçekim dalgalarını 3 ayrı yazıda anlattım. Şimdi de CERN parçacık hızlandırıcısının bu yıl neler keşfettiğini ve hangi fizik teorilerini yanlışladığını (yanlış olduğunu gösterdiğini) anlatacağım. Yazayım da burada dursun. 2019’da yine Evren yok olmalı haberleri çıkarsa bakarsınız. 🙂

Her şeyin teorisinde hayal kırıklığı

Bütün fiziği tek denklemle açıklamak için önce standart modelde yer alan bütün parçacıkların daha ağır ve kütleli simetrik eşleri olduğunu kabul etmemiz gerekiyor.

Kısacası Evren’de bilinen parçacık sayısını ikiye katlayınca her şeyin teorisine en güçlü aday olan sicim teorisindeki problemleri çözebiliyoruz. Bu bağlamda, sicim teorisinin en güncel sürümü süpersicim teorisi; ama bunun için de süpersimetrinin varlığını kanıtlamak gerekiyor.

CERN’deki LHC deneyi bunu kanıtlayamadı. En azından nükleer fizikteki en basit süpersimetri modellerinin yanlış olduğunu biliyoruz. Oysa süpersimetri yoksa süpersicim teorisi de yok. O zaman da her şeyin teorisi en azından şimdilik yok.

İlgili yazı: VPN Engelleme Başladı

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

Büyük Hadron Çarpıştırıcısının detektörleri içinde çarpışan parçacıkları gösteren bilgisayar grafiği.

 

CERN ne yaptı?

CERN protonları aldı ve 13 TeV (teraelektronvolt) gibi müthiş bir enerjiyle ışık hızının %99,9999991’ine kadar hızlandırarak birbiriyle çarpıştırdı. Böylece önce Higgs parçacığını buldu ve hemen ardından standart modeli kanıtladı.

Peki standart model neyimize yetmiyor? Neden illa süpersimetri bulmamız gerekiyor? Söylediğimiz gibi, Evren’in nasıl oluştuğunu anlamak için bize standart modelden daha kapsamlı bir nükleer fizik teorisi gerekiyor.

İlgili yazı: 2016 Yılı Bir Saniye Uzun Sürecek

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

Nükleer fiziğin temeli olan Standart modeldeki parçacıklar. Bizi meydana getiren madde bunlardan oluşuyor.

 

Hem standart model eksik

Bunu biliyoruz; çünkü ışığı oluşturan elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan foton parçacıkları var. Atom çekirdeklerini bir arada tutan güçlü nükleer kuvvetin taşıyıcısı olan 8 gluon var. Hatta radyoaktif bozunmadan sorumlu W ve Z bozonları var; ama bizi Yeryüzünde tutan yerçekimini yaratan kütleçekim kuvvetinin taşıyıcısı olan teorik parçacık standart modelde yok!

Bazı teorilere göre yerçekimini graviton parçacığı oluşturuyor; ama bugüne dek CERN’de graviton göremedik. Zaten bu parçacık hızlandırıcısının tasarımı ve enerji üretim kapasitesi gravitonu saptamaya yeterli değil.

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

Higgs parçacığının görünmez eşi olduğunu varsayan teoriler var (süpersimetrik Higgs). Higgs’in daha küçük parçacıklardan oluştuğunu söyleyen teoriler de var (kompozit Higgs). Ancak bunları CERN’de göremedik.

 

Higgs ile karıştırmayın

Bu önemli bilgiyi de yer verelim: Higgs parçacığı Evren’deki kütleli parçacıklara kütlesini veren (eylemsizlik ilkesine uymalarını; yani hızlanma ve yavaşlamaya direnç göstermelerini sağlayan) Higgs mekanizmasını çalıştıran bozondur. Kısacası Higgs parçacığı yerçekimini yaratmıyor.

Aslında yerçekimini neyin yarattığını bilmiyoruz. Karanlık madde ve karanlık enerjinin ne olduğunu da bilmiyoruz.

Bu yüzden standart model eksik. Eksik ama karanlık maddeyle ilgili son deneyler fos çıktığı için standart modelin yerine ne koyacağımızı da bilmiyoruz ve tüm bunlara rağmen CERN standart modeli kanıtlamış bulunuyor!

Neden önemli derseniz: Standart model deneylerde gördüğümüz her şeyi açıklıyor; ama bunların oluşması için daha derinlerde henüz göremediğimiz başka bir fizik teorisi lazım. Bunu bir türlü bulamıyoruz.

Elimizde ne var?

  • Standart modelle bildiklerimiz şunlar: Atom çekirdeklerini oluşturan proton ve nötronları meydana getiren altı kuark.
  • Üç elektrik yüklü lepton ve üç nötr lepton (nötrinolar) ve bunların antimadde parçacıkları.
  • Güçlü nükleer kuvvetten sorumlu sekiz gluon (kuarkları ve dolayısıyla protonlarla nötronları birbirine bağlıyorlar).
  • Elektromanyetik kuvvetten sorumlu olan foton (radyo dalgaları, mikrodalgalar, milimetre altı dalgalar, kızılötesi ışınlar, ışık, morötesi, X-ışınları, gama ışınları vb.).
  • Zayıf nükleer kuvvetten sorumlu W ve Z bozonları.
  • Elbette ki maddeye (temel parçacıklara) durağan kütlesini veren Higgs bozonu.

İlgili yazı: Güneş Işığı ve Isıdan Elektrik Üreten Boya

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

Resimde CERN’den çok daha büyük ve güçlü bir doğrusal hızlandırıcı görülüyor; ama bu bile Planck enerjisine yakın kütleleri olan parçacıkları bulmamıza yetmeyebilir. O zaman süpersimetri ve süpersicim teorilerini kanıtlayamayız.

 

Neyi bilmiyoruz?

  • Karanlık madde nedir, nasıl oluştu?
  • Neden zayıf nükleer kuvvette yük denkliği ihlali var da güçlü nükleer kuvvette yok?
  • Neden antimadde var, madde-antimadde asimetrisinin sebebi nedir ve bundan sorumlu olan baryon sayısı eşitsizliğinin sebebi nedir?
  • Neden 1 megaelektronvolt ile 180 gigaelektronvolt arasında yer alan temel parçacıkların kütlesi tam 1019 gigaelektronvolt değerinde olan Planck enerjisinden bu kadar küçük? (Öyle ki CERN’ün 30 yıl sonra inşa edilecek yeni hızlandırıcısında bile Planck enerjisine erişemeyeceğiz).
  • Yoksa süpersimetri sadece Planck ölçeğine yakın olan süper yüksek enerji değerlerinde mi var? Öyleyse bu parçacıkları nasıl görüp kanıtlayacağız?

İçim daraldı

Standart modelin ötesinde teknikolor, hayalet enerji, ekstra boyutlar, paralel evrenler gibi belki bir kısmı doğru olan sayısız seçenek var. Bilimi de ancak deney ve gözlem yoluyla yapabiliriz ki sorun burada: Artık bilimsel teorilerimizi deneylerle test edemiyoruz!

Elimizde bu kadar küçük parçacıkları görecek mikroskop yok. Elimizde o kadar uzağı görecek teleskop yok. Elimizde bu kadar yüksek enerjiyi ölçecek hızlandırıcı yok. Elimizde “henüz” Evren’in doğumunda oluşan kütleçekim dalgalarını görecek bir aygıt yok. Bu yüzden de fizikte ağzı olan konuşuyor.

Neyse ki Nikodem Poplawski’nin standart modelle birlikte çalışabilecek yeni bir kara delikten doğan evren teorisi var; ama onu ispat edecek deney aygıtları da elimizde yok.

Bu yüzden bazı bilim insanları naturalist teolojiye geri döndü ve fizik yasalarının kökenini çözemediğimize göre, evren uzaylıların bilgisayar simülasyonu olabilir demeye başladılar. Oysa bu da bizi fizikte bilinemezciliğe ve ispatlanmamış metafiziğe götürüyor.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

Dünya yok olmayacak ama neden yok olmadığını bilmiyoruz. :p

 

Kısacası fizik krize girdi

Peki bu sorunu nasıl çözeriz? Teorik açıdan standart modeli genişleterek onun cevap veremediği sorulara cevap verecek birçok alternatif mevcut. Üstelik bunların sadece iki ortak noktası var:

  • Bu teoriler doğruysa standart modelde varlığı bilinen dengesiz parçacıklardan çok sayıda üretebiliriz. Böylece bunların bir kısmı teorileri ispat edecek olan zor bulunur yeni parçacıklara bozunabilir (bozulurken yeni parçacıklar üretebilir).
  • CERN tesislerindeki LHC’den çok daha yüksek enerjiler üretirsek sadece bu enerjide görünen yeni parçacıklar görebiliriz.

Öyleyse ne duruyoruz?

Bugünün parçacık hızlandırıcıları yarın masaüstü boyunda olacak. Ancak, yeni fizik için daha güçlü hızlandırıcılar lazım ve bunlar CERN’den çok daha büyük olmalı. Üstelik her biri onlarca milyar dolara mal olacağından, sabah kalkıp “Haydi yeni CERN yapalım!” diyemeyiz. Bu işler 30 yılda bir oluyor.

İkincisi biz bugüne dek Higgs bozonunun gerçekten var olduğunu kanıtlamak için birkaç bin deney yapabildik. Oysa teorilerde öngörülen, ama henüz gözlemlenmemiş olan nadir parçacıkları görmek için yüz milyon deney yapmak lazım. Eh, CERN de elektrikle çalışıyor. Bunun bir maliyeti var.

Bakım masrafları ve elektrik faturasına ek olarak elimizde yüz milyon deneyi 5 yılda analiz edecek kadar büyük veri depolama cihazları ve o kadar güçlü bilgisayarlar yok. Kısacası biz önce az enerjiyle çok ağır parçacıklar yaratmanın bir yolunu bulmalıyız; ama bunun için de bize yeni fizik gerekiyor!

Sonuçta 13 TeV’e kadar yeni parçacık bulamazsak bundan sonraki enerji eşiği 100 milyon TeV olacak. Haydi 30 yılda CERN’ü 13’ten 20 TeV’e çıkardık diyelim. Peki 100 milyon TeV’e nasıl çıkacağız? Sıkıntı burada.

İlgili yazı: Küresel Isınma Sebebi Metan 10 Kat Arttı

cern-evren-higgs-fizik-parçacık

 

Ne yapabiliriz?

Fiziği krizden kurtarmak için dolaylı gözlemler yapmak zorundayız. Örneğin, uzaydaki ilkin kütleçekim dalgalarını tespit ederek bunların nasıl dalgalandığına bakabiliriz. Bu dolaylı (ama oldukça kesin) kanıtlar bize CERN’de parçacık aramaya gerek kalmadan bazı teorileri kanıtlayabilir.

Ayrıca deneysel fizikçilerin artık teorik fizikçilerle hiç olmadığı kadar yakın çalışması gerekiyor. Bunu CERN Atlas deneyi Türkiye koordinatörü Prof. Dr. Serkant Çetin de Popular Science Türkiye için yaptığım röportajda söylemişti.

Bundan böyle deneysel fizikçiler, o uçuk teorileri yüksek enerji değerleri gerektirmeden, sadece galaksiyi ve uzayı gözlemleyerek dolaylı yoldan ispat etmeyi sağlayan yeni deneyler geliştirmeliler. Yoksa fizikteki kriz kozmolojiyi denetimsiz metafiziğe dönüştürüp modern bilime zarar verebilir.

CERN evrenin müziğini keşfetti

1Search for supersymmetry in events with photons and missing transverse energy in pp collisions at 13 TeV

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir


*