CERN deneyi nedir?…


İnsanlık Tarihi’nin en büyük deneylerinden birisi geçtiğimiz günlerde gerçekleşti. Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde (CERN) gerçekleşen çarpıştırma hakkında bugüne kadar birçok teori üretildi. Peki, gerçekte ne yaşandı?
İşte CERN’in web sitesinden, en çok merak edilen sorular ve cevapları…
LHC (Large Hadron Collider “Büyük Hadron Çarpıştırıcısı”) ne demektir?

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı : 27 km çevresi olan dairesel makine. Proton ve iyon (bunları hadron olarak adlandırıyoruz) demetleri makinanın iki ucundan birbirine karşıt yönlerde hızlandırılır ve 4 ayrı noktada birbirleriyle çarpıştırılırlar.
LHC ne zaman inşa edildi?
1980’li yıllarda Large Electron Collider (LEP) tasarlanıp inşa edilirken CERN’deki bazı gruplarda gelecek ile ilgili çalışmalarda bulunuyorlardı. Böyle bir makinanın fiziksel gereklilikleri ve teknik özelliklerinin saptanması için yıllar süren çalışmalar sonunda nihayet 1994 yılı Aralık ayında CERN’in yönetici organı olan CERN Konseyi LHC’nin inşasını onayladı.
LHC’nin maliyeti ne kadardır?
Sadece makinanın maliyeti yaklaşık olarak 4,6 miyar CHF dir. (3 milyar Euro) Toplam proje maliyeti yaklaşık olarak aşağıdaki gibi özetlenebilir.
4,6 milyar CHF toplam makine maliyeti
1,1 milyar CHF CERN’nin deneylere katkı payı
0,26 milyar CHF işgücü, malzeme vb.
LHC niçin yer altında inşa edildi?
LHC makinası 2000 yılında sökülmüş olan LEP makinasının olduğu tünele inşa edilmiştir. Yer altında olması daha ucuzdur ve üzerindeki toprak da radyasyon için iyi bir koruma sağlar. Tünel ortalama 100 metre derinlikte inşa edilmiştir ve yaklaşık olaak %1.4 ‘lük bir eğime sahiptir. Derinlik 175 metre ile 50 metre arasında değişmektedir.

LHC’deki çarpıma enerjisi ne kadardır ve özel olan nedir?
Makinanın içerisinde yayılan her bir proton demeti 7 TeV enerjiye sahip olacaktır: Yani iki proton çarpışrıkları zaman çarpışma enerjisi 14 TeV olacaktır. Kurşun iyonları bir çok protona sahiptir ve demetlerin çarpışma enerjisi 1150 TeV olacaktır. Bu çarpışma enerjilerine şimdiye kadar hiçbir labaratuarda ulaşılmamıştır.
Bu çarpışmaları bu kadar özel yapan şey enerjinin yoğunluğudur. Ellerinizi çırptığınızdaki çarpışma enerjisi LHC makinasındaki protonların çarpışmasından muhtemelen daha fazladır fakat yoğunluğu çok çok azdır. Aslında uçan bir sivrisineğin hareket enerjisi yaklaşık 1 TeV’dur ama LHC’yi bu kadar sıradışı yapan şey bahsi geçen enerjileri (7-1150 TeV) sivrisinekten milyon kere milyon daha küçük bir hacme sıkıştırmasıdır.
LHC’nin temel amaçları nelerdir?
Evreni şu anki kavrayışımız eksiktir. Parçacıkların ve kuvetlerin standart modeli parçacık fiziğindeki bilgilerimizi özetlemektedir. Standart model birçok deney ile test edildi ve özellikle daha önce keşfedilmemiş parçacıkların varlıklarının öngörülmesi konusunda kendisini başarıyla kanıtladı. Buna rağmen bu model bir çok soruyu cavaplayamamaktadır ve LHC makinasının bu cevapların alınmasında yardımcı olacaktır.
Standart model; kütlenin kökenini, bazı parçacıklar oldukça ağır iken diğerlerinin neden hiç kütleleri olmadığını açıklayamamaktadır. Bu soruların cevapları Higgs mekanizması olarak adlandırılan bir fiziksel olay olabilir. Higgs mekanizması teorisine göre bütün evren Higgs alanı ile doludur ve parçacıklar bu alan ile etkileşime girmek suretiyle kütlelerini kazanmaktadırlar. Higgs alanı ile yoğun bir şekilde etkileşen parçacıklar ağır, az etkileşenler ise hafiftirler. Higgs alanı kendisine ait bir parçacığa sahiptir (Higgs Bozonu) Eğer böyle birparçacık varsa, LHC’deki deneyler varlığını saptayabilecektir.
Standar model temel kuvvetlerin bütünleşik bir tanımını öne sürmemektedir. Supersimetri – bildiğimiz temel parçacıkların daha ağır eşlerinin olduğunu öne süren teori – temel kuvvetlerin birleştirilmesine imkan verebilir. Eğer süpersimetri teorsi doğru ise en hafif süpersimetrik parçacıklar LHC’de gözlenmelidir.
Dünya üzerindeki veya yörüngedeki çok güçlü teleskoplar vasıtasıyla, görünen maddenin evrenin sadece %4’lük bir kısmını oluşturduğunu keşfettik. Araştırma, karanlık madde(%23) ve karanlık enerji(%73)’den mesul parçacıklar veya olaylar için de açık uçludur. Çok Popüler bir düşünceye göre kara madde nötr, keşfedilmemiş süpersimetrik parçacıklardan oluşmuştur. LHC antimadde gizemini soruturmamıza da yardım edecektir. Madde ve antimadde(karşıtmadde) Büyük Patlama sırasında eşitmiktarda üretilmiş olmlıydı fakat gözlemlerimizden anladığımız kadarıyla Evren sadece maddeden oluşmuştur. Neden? LHC bir cevap sağlamada yardım edebilir.
Proton-proton çarpışmalarına ek olarak LHC’deki ağır iyon çarpışmaları, quark-gluon plazması denilen ve evrenin ilk zamanlarında oluşmuş bulunan maddenin durumu üzerine de bir pencere sağlayacaktır. Ağır iyonlar yüksek enerjilerde birbirleriyle çarpıştıkları zaman deneylerde çalışılabilecek anlık, yoğun ve sıcak bir ateştopu oluştururlar.
Şimdiki teorilere göre Evren Büyük Patlama ile doğdu, ve quark-gluon plazması denilen, maddenin aşırı derecede sıcak ve yoğun çorba olduğu bir aşamadan geçti. Evren soğudukça quarklar proton ve neutronları oluşturdu. Bu olaya “quarkların hapsedilmesi” denir. LHC iki ağır iyon demetini hızlandırmak ve çarpıştırmak suretiyle quark-gluon plasmasını (QGP) yeniden üretebilecektir. Bu çarpışmalarda ısı güneşin merkezinde olan ısı miktarını 100 000 kat aşacaktır. Bu şartlar altında quarklar yeniden serbest kalır ve dedektörler mevzubahis çorbayı gözleyebilir ve parçacıkların temel özellikleri ve nasıl yeniden bir araya gelip sıradan maddeyi oluşturdukları hakkında bilgi verebilirler.
Maddenin yapı taşları nelerdir?

Bütün maddeler atomlardan oluşmuştur ve atomlar da positif yüklü bir çekirdeğin etrafında dönen elektronlardan oluşmuştur. Çekirdekde proton ve nötronlardan oluşmuştur ve bu parçaların ikiside yukarı ve aşağı olarak adlandırılan quarklardan oluşmuştur. Yani diyebiliriz ki maddenin yapı taşları üç tanedir: yukarı kuark, aşağı kuark ve elektron.
Fakat parçacık fizik labaratuarlarındaki çarpışmaların ve kozmik ışınların incelenmesinden biliyoruz ki başka temel parçacıklar da vardır. Gerçekten de Standart Model (şu anki doğa kavrayışımızı ifade eden teori) iki grup temel parçacık olduğunu söylemektedir. Kuarklar ve Leptonlar. Her bir grup da üç aileye sahiptir.Kuarklar…

yukarı ve aşağı – garip ve charm – üst ve güzellik (alt)
Leptonlar…
elektron ve elektron nötrinosu – müon ve müon nötrinosu – tau ve tau nötrinosuParçacıklar arasında, boson adı verilen özel parçacıklar tarafından taşınan, dört adet temel kuvvet veya etkileşim vardır.

Kuvvet
Taşıyıcı
Elektromanyetizma
foton
Zayıf kuvvet
yüklü W veya yüksüz Z bozon
Güçlü kuvvet
gluon
Çekim kuvveti
özel bir durumdur ve büyük ihtimalle şimdiye kadar keşfedilememiş graviton tarafından taşınmaktadır.
Ayrıca Standart Model quantum seviyesinde çekim kuvvetlerinin bir tarifini içermez ve gerçekten de bu durum şu anki teorinin en büyük sorunlarından biridir.
Atomlarda, elektronların yörüngeleri arasındaki alan boştur, yani gerçekten aralarında HİÇ BİR ŞEY yok mudur?
Evet. Gerçekten orada hiç bir şey yoktur. Boşluktan çok farklı değildir. Fakat bu uzay parçasını hiç bir şeyin gerçekleşmediği bir yer olarak da düşünmemelisiniz: elektronlar istatistiksel anlamda yörüngelerde haraket ederler ama aynı anda başka yerde olmaları da mümkündür. Yani eğer böyle bir boşlukta oturursanız sıksık uçan bir elektron göreceksiniz (Bu ne demekse!) Kafanızda bir resim canlandırmaktan sakınmalısınız, maalesef.
Bir elektron nasıl hem bir parçacık hem da bir dalga gibi davranabilir?
Bir elektron ne bir dalga ne de bir katı parçacıktır. Elektron elektrondur. Bunu hayal etmek zordur çünkü etrafımızda kolayca gözleyebileceğimiz buna benzer hiç bir şey yoktur. Şimdi, deney yaptığınız zaman sonuçlar gözlemlersiniz. Bazı deneylerde sonuçları açıklamak ve hesap yapmak için dalga benzetmesi kullanmak bazen de parçacık benzetmesini kullanmak daha kolaydır. Fakat ikiside elektronun gerçek davranışını açıklamak için sadece yaklaştırmalardır ve bir çok insanın kafasını da karıştıran budur.
Aslında hesaplamaları quantum mekaniğinin matematiğini kullanarak yapmalısınız böyle bir durumda bildiğimiz bütün durumlar için doğru sonuçları elde edeceksiniz.
Nötrinolar hakkında daha fazla şey söyleyebilir misiniz?
Nötrinolar elektrik yükleri olmayan ve hemen hemen kütlesiz temel parçacıklardır. Bu parçacık ilk olarak 1930 yılında Wolfgang Pauli tarafından beta bozunmasını açıklamak için öne sürüldü ve Fermi rarafından Nötrino olarak adlandırıldıp, beta bozunması teorisinde kullanıldı.
Bu teori, nötrinonun madde ile etkileşimini çok çok güçsüz (az) olarak öngörmüştü. On milyon km kalınlığında demirin içerisinden giden bir nötrinonun demir ile etkileşme olasılığı bile çok düşüktür dolayısıyla 30’lu yıllarda nötrinoyu gözlemlemek imkansızdı.Nükleer reaktörlerin keşfiyle birlikte tespit edilmiştir. Daha sonraları 1962 ve 1975 yıllarında iki ayrı nötr,no çeşidi daha keşfedilmiştir. Kütleleri elektron kütlesinin milyonda biri ya da daha da azdır. (Nötrinoların kütlelerini ölçmek parçacık fiziğinin bugünkü amaçlarından birisidir.)
Foton ile elektron arasındaki farkın ne olduğunu anlamıyorum. Hemen hemen aynı gibi görünüyorlar ama farklı yerlerde bulunuyorlar.
Fotonlar kütle ve elektrik yükü olmayan ışık parçalardır. Elektronlar ise negatif yüklü, kütleli madde parçalarıdır. Elektonlar atomlarda bulunurlar ve elektriksel olaylarda içerilirler. Fotonlar elektronların uyarılmaları sonucunda atomlar tarafından yayımlanan ışık kuantumlarıdır.
Higgs bozonu nedir? CERN bu parçayı araştırmak için neden bu kadar efor sarfediyor?
Standart Model parçacıkların kütlelerinin kökenini, bazı parçacıklar oldukça ağırken bazılarının neden kütlesiz olduğunu, evrende neden bu kadar çok değişik tipte parçacık olduğunu açıklamaz. Bütün bu soruların cevabı Higgs mekanizması denilen bir olay olabilir. Teoride Higss alanının Higs bozonu denen en az bir adet parçacığa sahip olması gerekir. Eğer böyle bir parça var ise LHC onu saptayabilecektir.
Tarihsel olarak; her şey doğanın daha da eksiksiz bir tanımını yapmak için elekromanyetik kuvvetler ile zayıf kuvvetlerin birleştirilmesi çabaları sonunda ortaya çıktı. Bu çabalar sonunda elde edilen formülasyon bazı durumlarda başarılı olmasına rağmen matematiksel ve deneysel olarak bazı eksiklikler içeriyordu. Formulasyonda bütün parçacıklar kütlesiz var sayılmıştı ve bu da diğer bazı prablemlere sebep oldu. Teoriye parçacıkların kütlelerini dahil etmek için yeni yollar bulmak gerekliydi ve 60’lı yıllarda Peter W. Higgs, Robert Brout ve François Englert bir çözüm önerdiler.
Bu önerinin günümüzdeki versiyonuna göre Evrenin oluşumunun çok çok erken aşamalarında bütün parçacıklar kütlesizdi. Büyük Patlamadan çok kısa bir süre sonra evren genişlerken ısının kritik bir değerin düşmesiyle evrenin her yerinde yeni bir tip alan oluştu. Bu özel alana Higgs alanı diyoruz. Bazı parçacıklar bu alanla etkileşime girerek bizim kütle olarak ölçtüğümüz özelliği kazandılar.
Parçacıklar için kütle dediğimiz şey, parçanın, her yere yayılmış bulunan Higgs alanı ile etkileşmek ile kazandığı bir özelliktir, yani bu özelliği biz kütle olarak algılıyoruz.
Bu alaın evrende aniden ortaya çıktığını garip buluyor olabilirsiniz ama etrafımızda buna çok benzer birkaç fizik olayı vardır. Kuri ısısı denilen sıcaklıktan daha fazla ısıtılan bir mıknatıs mıknatıs özelliğini kaybeder. Fakat soğutuldukça tekrar mıknatıs özelliğini kazanır. Bu tür olaylara Anlık Simetri Bozulması diyoruz.
Higgs bozonunun bulunması tahmin edebilirsiniz ki fizikte en önemli konudur. Şimdiye kadar bir Higgs bozonu saptayamadık, teknik problem şudur ki Higgs bozonunun kütlesinin ne olabileceğini tam olarak öngöremiyoruz. Bu yüzden mümkün olan her seviyede tarama yapmak zorundayız.
Evrenin genişlemesi Higgs alanının yoğunluğunu/düzenlenişini nasıl etkiler?
Higgs bozonunun durumu evrenin genişlemesi ile syrek hale gelecek şekilde sabit sayıda bozon veya sabit miktarda enerji ile tanımlanmaz. Higgs alanı evrenin genişlemesinden bağımsızdır. Evren genişlerken Higgs alanının yoğunluğu parçacık kütlelerinini zaman içerisinde değişmemesini garanti edecek ekilde aynı kalır.
İlk yaklaşımda, yeni oluşan hacmi Higgs ile dolduran bir enerjinin var olduğu görülüyor. Bu enerjinin, evrenin ivmeli bir şekilde genişlediğini bildiğimize göre negatif olduğu görülüyor. Yani evrenin genilemesi ile ortaya çıkan bu yeni hacim, küçük bir negatif enerjiye sahiptir ve bundan dolayı galaksilerin artan kinetik enerjilerini karşılar. Bu enerjinin (kara enerji olarak adlandırılır) kaynağının ne olduğu, Higgs alanı veya şimdiye kadar adı keşfedilememiş bir alan, büyük bir ilgi ve yoğun bir çalışma konusudur.
İkisi de kütle ile ilgili oldukları halde Higgs bozonu ile graviton arasındaki fark nedir?
Higgs bozonu parçacıklarla etkileşip onlara kütlelerini veren bir alandır diğer taraftan graviton ise çekim alanının kuantumudur. Diyebiliriz ki parçacıklar Higgs alanı ile etkileşip kütle kazandıktan sonra, birbirleriyle graviton alış verişi ile etkileşebilirler. İki parçacıkda öngörülmüş fakat henüz keşfedilmemiştir. LHC’deki deneyler Higgs bozonu, bir ihtimallede graviton üzerine daha fazla bilgi verecektir.

Karşımadde varmıdır? Varsa nedir?

Evet, karşımadde vardır. Karşımadde 1928 yılında P.A.M. Dirac’ın kuantum teorisi ile öngörüldü ve kısa bir süre sonra Carl Anderson tarafından bulundu.
Madde ve karşımadde zıt yüklü fakat aynı kütleli ve diğer özellikleri neredeyse aynı olan parçacıklardır. Buna göre karşımadde için geçerli olan fizik kanunları madde için geçerli olan fizik kanunları ile özdeştir. Bazı davranış farkları görülmekle birlikte (CP bozulması) bunların çok az etkileri vardır. Madde ve karşımaddenin Büyük Patlama sırasında aynı miktarda üretilmiş olması gerekirken gözlemlerimizden anladığımız kadar evrenimiz sadece maddeden oluşmuştır. Niçin? LHC bir cevap için bize yardım edebilir.
CERN’de niçin karşımadde üretiyorsunuz?
İlk sebep, doğa yasalarını incelemektir. Geçerli olan fizik teorileri bir çok öngörülerde bulunurlar ve bu öngörüler antimadde ile ilgilidir. Eğer deneyler öngörüleri doğrulamaz ise teori tam olarak doğru değildir ve düzeltme veya yeniden çalışma gereklidir. Bu, bilimin nasıl ilerlediğidir.
İkinci sebep, madde ve karşımadde çarpışmalarından çok yüksek enerjiler elde etmektir, çüünkü bunlar çarpıştıklarında tamamen yok olurlar. Bu yok olma enerjisinden diğer ilginç parçacıklar yaratılabilir.
Karşımadde üretmenin maliyeti nedir?
Eğer CERN’deki son on yıllık üretimini sayacak olursak (yaklaşık bir gramın milyarda biri kadar) maliyet birkaç yüz milyon Euro’dur.
Karşımadde nasıl depolanır.
Gerçekten çok zordur. Karşımadde normal madde ile temas eder etmez yok olur.
İki durum vardır:
1.durum : Eğer karşımadde elektriksel olarak yüksüz ise elektrik ve manyetik alanlar bir işe yaramaz. Yani karşımaddeyi içerisinde tutulacağı muhafazanın çeperlerine çarpmaktan alıkoyacak kolay bir yol yoktur.
2.durum : Pozitron (elektronun karşımaddesi – antielektron) ve antiproton (protonun karşımaddesi) gibi elektrik yüklü karşımadde parçacıkları için onları bir şişe gibi içerisinde tutabileceğimiz elektromanyetik kuvvetleri nasıl kullanacağımızı biliyoruz. Fakat aynı yükler birbirerini iterler. Bu yüzden büyük miktarda antiprotonu birarada tutmak mümkün değildir çünkü bir müddet sonra aralarındaki itme kuvvetleri çok büyür ve onları içinde bulundukları muhafazanın çeperlerinden uzakta tutan manyetik güçleri yenerler ve çeperlere çarpıp yok olurlar. Diğer taraftan pozitif yüklü antielektronlar (pozitron) ile negatif yüklü antiprotonların karışımını da bir arada tutamazsınız çünkü ikisi nötr olan antihidrojeni oluştururlar ve 1. durum ortaya çıkar.
Antifotonlar nedir?
Fotonlar yüksüzdür ve yüklü parçacıkların içerisinde bulunamazlar, yani foton ve antifoton birbirinden ayırd edilemez. Foton ve antifoton aynı şeydir diğer bir deyişle foton kendisinin karşımaddesidir.
Etramızda karşımadde olmadığından nasıl emin oluyorsunuz?
Eğer olsaydı, madde ile çarpııp yok olacaklardı ve biz de bir ışık yayıldığını görecektik ama görmüyoruz. Uzayda karşımadde (karşıyıldızlar veya karşıgalaksiler) bulunma olasılığı konusunda, teorisyenlerin, bütün evrenin maddeden oluştuğuna inanmak için sebepleri var ama %100 emin değiliz ve bu yüzden Alpha Magnetic Spectrometer (AMC) gibi deneyler yapılmaktadır.
Umuyordum ki karşımadde geleekte enerji ihtiyacımıza cevap olacaktır. Bunun olması için daha fazla araştırma yapmamız gereklidir gibi görünüyor.
Hayır, doğru cevap, bu hiç bir zaman olmayacaktır.
Bir E enerji miktarı için m/2 gram madde ve m/2 gam karşı madde elde edersiniz. Bu iki maddeyi bir araya koymak yine toplam olarak E miktarda enerji verir. Fakat bu işlem kayıpsız değildir, bu günün teknolojisi ile kayıp çok çok büyüktür. Fakat bu işlem çok çok verimli olsa bile sonunda net bir kazanç sağlayamazsınız.
Bu durum daha fazla araştırma ya da daha geşişmiş teknoloji meselesi değildir. Karşımadde maddenin temel halidir. Eğer etrafınızda bir yerlerde (uzak galaksilerde) büyük miktarlarda karşımadde bulabilirseniz, petrol gibi, o zaman karşımadde bir enerji kaynağı olabilir. Fakat görebildiğimiz kadarıyla (milyarlarca ışık yılı mesafe) evren tamamen normal addeden oluşmuştur.
Karşımadde bombası yapabilir miyiz?
Aynı sebepler yüzünden karşımadde bombası yapma imkanı yoktur,
Sosyolojik note : Bilim adamları, atom bombası yapmanın imkan dahilinde olduğunu, bir tanesinin gerçekten yapılıp patlatılmasından çok yıllar önce biliyorlardı. İlk atom bombası yapılıp patlatıldığı zaman halk gerçekten şaşırdı. Karşımadde bombası ise diğer taraftan, halk tarafından hayal ediliyor ve biz uzun zamandır böyle bir bombanın pratik bir şey olmadığını biliyoruz.
Bir gram karşımadde yirmi kiloton nükleer bombanın gücüne eşdeğer midir?
Bu anlamda kiloton bin ton TNT patlayıcısı demektir. Yirmi kiloton Hiroşima’yı yok eden atom bombasının gücüne eşittir.
Soru aslında biraz kafa karıştırıcı. Siz büyük ihtimalle bir gram karşımaddenin aniden yok olması sonucu açığa çıkan patlayıcı enerjiden söz ediyorsunuz. Hesaplayalım. Bir kiloton TNT metrik bir birim değildir ve 4.2 x 1012 joule’e ( 4.2 terajoule ya da 4.2 TJ) tekabül eder. 60 watt’lık bir ampül saniyede 60 joule enerji harcar.
Bir gram 0.001 kg, ışığın hızı da 300.000.000 m/s olduğuna göre bir gram madde için E=mc2 formulünü kullanarak 90 TJ elde ederiz, yani bir gram madde 90 TJ yani 21,4 kiloton enerjiye eşittir. Yani yarım gram madde ile yarım gram karşımadddeyi çarpıştırırsak Hiroşima bombasına benzer bir etki elde ederiz. Yarım gram madde bulmak kolaydır ama ya yarım gram karşımadde?
CERN’de saniyede 107 antiproton yaratabiliyoruz. Bir gram antihidrojende 6×1023 adet antiproton vardır yani bir gram karşımadde yaratmak için bize gereken zaman iki milyar yıl olarak hesaplanabilir. Ayrıca bu miktarda saf negatif elektrik yükünü muhafaza etmek imkansızdır.
Enerji karşımaddeden nasıl oluşur?
Normal madde karşı maddeye çarptığı zaman ikisi birden çok yoğun ve saf bir enerjiye dönüşürler ve hemen arkasından yeni parçacıklar yaratılır. Bu yeni parçacıklar bir çok koşula bağlı olarak madde parçacıkları veya enerji parçacıkları (fotonlar) olabilir. Sonuçta enerjinin çoğu ısıya dönüşür.
Ses dalgaları karşı maddede nasıl yayılır?
Eğer madde ile karşı madde arasında bir fark varsa bile çok çok küçüktür ve biz CERN’de bu gibi şeyleri soruşturmak için deneyler yapıyoruz. O kadar benzerdirler ki ses dalgaları yani maddenin veya karşımaddenin titreşimleri özdeş olacaktır. Bir karşımadde piyanosu madde piyanosu ile aynı sesi verecektir.
Çekim alanı karşımadde üzerinde nasıl bir etkide bulunur?
Karşımadde ve maddenin çekim alanı ile etkileşmesinin aynı olduğu henüz doğrudan kanıtlanmadı. Şu an için çekim alanının karşımadde üzerindeki erkilerini ölçebilecek kadar hassas bir deney yapılmadı. Böyle bir deney için mutlak sıfıra yakın ısıda antihidrojen atomlarına ihtiyaç vardır. Bazı fikirler tartışılmaktadır fakat bu sorunun cevabı ileriye bırakılmıştır.

Kara Delikler nedir ve nasıl davranırlar kimse bir şey bilmiyor. Tehlikeli olabilirler mi?

Genel bir ifade olarak bu doğru değildir. Standart kara delikler (evriminin sonunda içine çöken büyük bir yıldızdan geriye kalan şey) teorik olarak iyice anlaşılmıştır ve uzayda beklediğimiz özellikleri tam anlamıyla gösteren bir kaç örnek vardır. Mikroskopik kara delikler konusunda doğru ifade ise, var olup olmadıklarını dahi bilmediğimizdir.

LHC ile kara delikler yaratmak gibi bir niyetiniz var mı? Bu nasıl yapılacak?
LHC kara delik yaratmak içi inşa edilmedi. LHC, uzayda gördüğümüz ve yakıtının bitmesi sonucu içine çöken yıldızların oluşturduğu türden kara delikler yaratamaz. Çünkü bunu yapmak için LHC de mümkün olan enerjinin milyon kere milyar katı enerjiye gerek vardır.
Tartışılan kara delikler, bir varsayımsal bir teorinin gerçekleşmesi ile ortaya çıkacak nesnelerdir. Bu teoriye göre evren bizim tecrübe ettiğimiz üç mekansal boyutun yanında ekstra başka boyutlara da sahiptir. Bunların ebatları 10-16 cm (0.00…..1 cm, noktadan sonra 16 sıfır) mertebesindedir. LHC bu mesafeleri açığa çıkarabildiği için eğer bu teori doğruysa, o zaman kara delikler yaratabiliriz. Bir çok teori ekstra boyutlar olduğu fikrine dayanmaktadır fakat bu ekstra boyutlar LHC’nin erişebileceğinden kat be kat daha küçüktür.
Sadece küçük bir teori grubu bu özel boyutları içermektedir. Şu anki dünya anlayışımızda bu teorilerin doğru olduğuna dair bir işaret yoktur; onlar sadece kurgusal alıştırmalardır. Eğer teoriler doğru olsaydı, çok yakın geçmişte yapılan bazı diğer ölçümlerde görülmeyen başka bir olayın ortaya çıkmış olması gerekirdi.
Fakat eğer kara delikler varsa, yaratılacaktır ve bahsi geçen teorilerin öngördüğü parçacıklar ile birlite kara delikleri de çalışmak isteyeceğiz.
Bazı bilim adamları Hawking’in, kara deliklerin radyasyon (Hawking Radyasyonu) yüzünden hızla bozunacağı sözlerine atfen kara deliklerin tehikesiz olduklarını söylüyorlar. Fakat böyle bir bozunmanın varlığına ait bir kanıt yoktur. Eğer yoksa ne olacak?
Genel olarak fizikçilerin inandığı şey bu değildir. Hawking Radyasyonu meselesine işaret eden az sayıdaki kişi de sadece radyasyonun daha kesin kanıtlarını elde etmeye çalışıorlardı. Şimdiye kadar hiç kimse bozunumun yanlış olduğunu ve dolayısı ile kara deliklerin durağan olduğunu iddia etmedi. Kara delikler durağan olsa bile bir tehlike yaratmayacaktır. Lütfen aşağıdaki soru ve cevabı okuyunuz.
Kara delikleri yaratmanın tehlikesiz olduğun neden düşünüyorsunuz?
Avrupa ve Amerika’daki çeşitli sayıda fizikçiler, konunun bu kadar popüler olması üzerine meseleyi detaylı bir şekilde incelediler. Tehlikeli olmadıklarına inanmak için ilk sebep, onlar gerçekten de maddeyle herhangi bir temas sağlamadan önce çok hızlı bir şekilde bozunuyorlar (dolayısıyla yok oluyorlar). Bozunmasalar bile bir tehlike arz etmeyeceklerdir. Bu iddianın ana hatları aşağıdaki gibidir.
Kara deliklerin olası etkilerinin büyüklüğü, kendilerine madde katıp büyüyebilme oranı ile tanımlanmaktadır. Eğer çok yavaş bir şekilde büyüyebiliyorlar ise, güneşin patlaması ve yeryüzünde hayatın imkansız hale gelmesi için geçecek olan beş milyar yıl süresince yeryüzünün önemli bir kısmını yutmak için yeterli zamanları olmayacaktır. Diğer taraftan eğer daha hızlı madde arttırabiliyorlar ise başka bir yerlerde zarara sebep olup olmadıklarını kontrol edebiliriz. Biliyoruz ki nötron yıldızları bir milyar yaşlarındadırlar ve eğer durağan kara delikler olsaydı nötron yıldızları orada olamazlardı. Sonuç olarak kara deliklerin durağan olmaları ile tehlikeli olmaları varsayımları arasında bir çelişki vardır ve bu çelişki, teorik kurgulara değil ampirik kanıtlara dayanmaktadır.
Eğer LHC’de yaratılan kara delik durağan (kararlı) hale dönüşürse ne olur?
Çoğu yeryüzünün içinden geçer ve evrende kanbolur. Çünkü LHC’deki çarpışmalardan oluşan kara delikler çok hızlı hareket ederler ve oluşumlarının ilk aşamalarında madde ile çok zayıf etklileşirler. Demirin içerisinde hiç bir şeye çarpmadan bir kaç milyar kilometre gidebilen nötronlar gibi davranırlar. Çok azı yavaşlar ve dünyanın çekim alanına takılır. Bu durumda çok yavaş bir oranda madde emmeye başlarlar. Teoride öngörülen ekstra boyut sayısına bağlı olarak beş milyar yıl sonra kütleleri sadece bir kaç ton civarında olur ve dünyanın yoğun çekirdeğinde toplanırlar. Bu durum dünyanın makroskopik özelliklerinde bir değişime yol açmaz. Kara deliğin hızlı büyüme olasılığı ise bir önceki cevapta anlatıldığı üzere mümkün değildir.
Kara delikler, esrarengiz parçacıklar, tanrı bilir daha başka neler. CERN’den gelen açıklamalara rağmen en kötü senaryoyu kafamdan atamıyorum. En kötü olasılık nedir biliyor musunuz?
En kötü senaryo yoktur. Ne olmasını beklemeliyiz? Olmasını beklemediğimiz bir şey üzerine olasılık inşa etmek mümkün değildir. Sana pratik bir örnek vermeme izin ver.
Varsayalım ki sen bir elektrikli traş makinasına sahipsin. Ben seni daha önce traş olurken hiç görmedim ve dolayısıyla sabah traş olurken evreni yok edecek bir patlamaya sebep olacak zincirleme bir tepkimeyi tetiklemenden korkuyorum. Bana bunn nasıl olmayacağını (0 ihtimal) kanıtlarsın. Beni aksine ikna etmek için ne yaparsın? Daha önce bir çok insan traş oldu ve hiç bir şey olmadı diyeceğini düşünüyorum. Peki, bakalım bu gözlemden ne gibi limitler çıkaracağız.
Diyelim ki her gün bir milyar insan traş olmaktadır ve bunu son on bin yıldır yapmaktadırlar. Bu demektir ki toplam 3×1015 kere traş olunmuş. Şimdiye kadar hiç bir şey olmadığı için diyebilirsin ki kötü bir şey olma olasılığı 3×1015 te 1 den azdır. Eğer evren hakkında her şeyi bilmediğimize inanmaya istekliysen, sadece bilinen gerçekleri hesaba katacaksak, dünyayı yok etmek için bu 3×1015 ‘lik üst limit tahmini ile başbaşasın demeksindir. Bu ihtimal üzerine yarın sabah traş olmak için hala istekli misin?
Benzer en kötü senaryo olasılığı (esraengiz parçaların yaratılması vb.) için elde ettiğimiz rakamlar 1022 de 1 civarındadır, yani traş olmanın yol açacağı karışıklıktan bir milyon kere daha azdır. Bu rakamlar kötü bir şey olma olasılıkları değil, gerçekten olan olayların analiz edilmesi sonucunda olabilecek şeyler için elde edilmiş üst limitlerdir. Eldeki veriler ile yapabileceğimiz en iyi şey budur. Buna rağmen ne olacağını beklediğimizi soruyorsanız cevap hiç bir şeydir. Esrarengiz bir şey yaratılacağına veya yaratılsa bile tehlikeli olacağına dair teorik bir beklenti yoktur.
Şüpheliyim. Güven verecek başka şeyler var mı?
Evet. Belki de en önemli şey şudur ki, sizin gibi, biz CERN bilim adamlarının da aileleri, akrabaları, çocuk ve arkadaşlarımız var. Bu insanların hayatlarını riske atmak için bir yolumuz yok.
Evrenin Büyük Patlama’dan başka bir şekilde yaratılmış olma olasılığı var mı?
Gözlemlerimizden anladığımız kadarı ile evren genişlemektedir ve bu genişlemeyi tersine çevirirsek bir başlangıç noktası olması gerektiği sonucuna varırız. Buna Büyük Patlama diyoruz. Buna rağmen bazı teoriler bu başlangıç noktası fikrini başlangıç evresi olarak genişletmektedirler. Şu anki teoriler deney sonuçları ile birleştirildiği zaman, Büyük Patlama’dan bir kaç saniye sonrasında (çekirdeklerin oluştuğu zaman) neler olduğunu söylektedirler.
Kara madde ve kara enerji arasındaki fark nedir ve var olduklarını nasıl biliyorsunuz?
Evrenin yaklaşık %4’ü bizleri, dünyayı galaksileri oluşturan sıradan parçacıklardan oluşmuştur. Bu bileşen genellikler Baryonik madde olarak adlandırılır ve yıldızları, galaksileri, hidrojen gazı bulutlarını oluşturur. Bu astrofiziksel nesneler radyasyon (görnür ışık, infrared, gama ışını veya x ışını vb) yayarlar. Bu ışınların doğrudan saptanması ve ölçülmesi sonucunda toplam baryonik maddenin miktarı tahmin edilmektedir.
Enerji yoğunlunun yaklaşık %26’sı kara madde biçimindedir. Kara madde, standart maddeler ve ışık ile çok çok az etkileşip parçacık şeklinde olduğuna inanılan, bir madde oluşumudur. Bundan dolayı baryonik maddenin aksine günümüz deneysel cihazları ile saptanabilecek türde radyasyon yaymaz (bu nedenle kara denir). Fakat bazı fiziksel etkilere neden olur. Örneğin kara maddelerin çekim alanları, galaksilerin dönüş hızlarını arttırır veya arkalarındaki bir cisimden gelen ışığı büker (lens etkisi) Bu etkilerin ölçümü, kara maddeni varlığını gösterir ve yoğunluğunu tahmin etmekte kullanılabilir.
Evrenin kara madddesini oluşturan parçacıklar için en umut verici önerilerden biri, onların yüksüz ama çok ağır süpersimetrik parçacıklar olmasıdır. Bu öneri, LHC’de deneysel olarak test edilecek ve eğer doğruysa, sonsuz küçük (temel parçacıklar) ile sonsuz büyük (evrenin bileşimi) arasında büyüleyici bir bağlantı sağlayacaktır.
Son olarak evrenin yaklaşık %70’i kara enerji biçimindedir. Baryonik veya kara maddenin aksine, bu enerji, parçacık biçiminde değil, boşluğun (vakum) bir enerjisi ile bağlantılı gibi gözükmektedir. Bunun en basit açıklaması şudur ki kara enerji, Einstein tarafından Genel Görelilik teorisindeki denklemlerde kullanılan bir kozmolojik sabite tekabül etmektedir. Bu enerji yoğunluğu çok özeldir; evren boyunca tüm uzaya ve zamana homojen bir şekilde dağılmıştır. Radyasyon yaymaz bu güzden karadır homojen olması yüzünden saptanabilecek yerel çekim alanlarına neden olmaz. Buna rağmen kara enerji, evrenin genişlemesini hızlandıran itici güçlere neden olur. Evrenin genişleme oranı ve ivmesi deneysel olarak ölçülebilir. Bu ve diğer veriler kara enerjinin varlığını göstermektedir ve yoğunluğunu tahmin etmekte kullanılmaktadır.
  1. Henüz yorum yapılmamış.
  1. No trackbacks yet.

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Log Out / Değiştir )

Connecting to %s

Takip Et

Her yeni yazı için posta kutunuza gönderim alın.

Diğer 30 takipçiye katılın

%d blogcu bunu beğendi: