Herkesin Anlayacağı Dille Higgs Bozonu

* Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) kontrol paneli.

Boğaziçi Üniversitesi'nin (BÜ) fizikçileri son günlerin en çok tartışılan gelişmelerinden biri olan Higgs Bozonu keşfinin detayları ve önemini günlük dille anlattı, akıllardaki soru işaretlerini gidermeye çalıştı.

CERN'deki iki ana deneyde de katkısı olan BÜ Fizik Bölümü öğretim üyelerinden Prof. Dr. Erhan Gülmez (CMS deneyi), Doç. Dr. Erkcan Özcan (ATLAS deneyi) ve Doç. Dr. İbrahim Semiz Higgs Bozonu'nun keşfine giden süreci, maddeyi oluşturan öğelerin neler olduğu sorusu üzerinden bilimin tarihsel süreçte gösterdiği gelişimi, bu keşfin nedenini, nasılını ve önemini açıkladı.

Higgs Bozonu nedir?

Doç. Dr. Erkcan Özcan, deneylere ilk başladıkları tarihlerde İngiltere'de dönemin bilim bakanının "ya biz bu deneyi insanlara anlatamıyoruz, Higgs nedir, ne değildir?" sorusu üzerine İngiltere'den bir fizikçinin Higgs Bozonu'nu en anlaşılır biçimde şöyle bir analojiyle tarif ettiğini anlattı:

"Higgs alanı dediğimiz şey, bütün evrenin sahip olduğu tüm alanı ifade ediyor. Bu analojide de bir odayı dolduran tüm insanlar Higgs alanı olarak tarif edilebilir.

"Yine analojiye göre odaya ünlü bir kişi giriyor ve odadaki insanlar bu ünlü kişinin etrafını sarıyorlar. Bu ünlü kişinin odaya girdiği andan itibaren insanların etrafını sarmasından ötürü yürümesi zorlaşıyor ve sarf ettiği enerji de artıyor. Ünlü kişinin bu odada yürüyebilmesi etrafını saran insanlarla birlikte geliştiği için ünlü kişinin çok fazla enerji harcaması gerekiyor. Fakat tam o sırada odaya yeni giren bir kişinin bu oda içerisinde yürümesi daha kolay oluyor."

"Fakat bazen insanlar arasında yayılan bir dedikodu bile tüm insanları küçük bir alanda toplayarak o alanın etrafında bir kümelenme oluşturabiliyor. Yani odaya ünlü biri girmese dahi buna dair yayılacak bir dedikodu ünlü bir kişinin odada olmasıyla eşdeğer etkiyi yaratabiliyor."

"İşte Higgs Bozonu da evrendeki bu alan içerisinde ortaya çıkan uyarılmalar sonucunda bazı parçacıkların tek bir yerde kümelenmiş halini ifade ediyor. Tıpkı bir oda içerisindeki insanlar arasında yayılan dedikodu sonucunda tüm insanların küçük bir alanda toplanması ve diğer alanların boş bir hale gelmesi gibi."

Evreni anlamak için yıldızlardan parçacıklara yolculuk

CERN'de yapılan çalışmalarda evreni ve evrenin oluşumunu anlamaya çalıştıklarını söyleyen Özcan, "Bir parçacık fizikçisi gözüyle evrenin kısa tarihini ele alacak olursam; her şey, Büyük Patlama (The Big Bang) ile başlıyor ve 13.7 milyar yıl sonra bugüne geliyoruz. Fakat bu kısacık özetiyle ifade ettiğimiz evrenin oluşumunu kavrayabilmek için en büyükten yani yıldızlardan, galaksilerden; en küçüğe yani parçacıklara, atoma, protonlara doğru bir yolculuk yapmak zorundayız" dedi.

Maddenin nasıl ve nelerden oluştuğuna yapılan bu yolculuk için bir hızlandırıcıya ihtiyaç duyulduğunu ifade eden Özcan, dünyada bu konuda çalışma yapılabilecek en kuvvetli hızlandırıcının CERN'de yerin 100 metre altında bulunan 27 km hacme sahip Large Hadron Collider (LHS) adı verilen Büyük Hadron Çarpıştırıcısı olduğunu söyledi.

Özcan, maddenin en temel yapı taşlarını tespit edebilmek için çok güçlü bir hızlandırıcıya ihtiyaç duyulduğunu belirtirken, deneylerde maddeyi oluşturan parçacıkların bu hızlandırıcı sayesinde birbirleriyle çarpışmalarının sağlandığını ve bu çarpışmanın sonucunda ortaya çıkan çok sayıda küçük parçacağın incelendiğini ifade etti.

Evrenin en geniş resimi

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın dünyanın en büyük makinesi olduğunu kaydeden Özcan, "Hızlandırıcının 27 km bir büyüklüğe sahip olduğunu söyledik fakat bu büyüklüğü gözümüzde canlandırabilmek adına şöyle bir örnek vermek istiyorum. Bu makinenin hacmi Taksim-4. Levent Metro hattının üç katı büyüklüğünde" dedi.

Higgs Bozonu'nun keşfinin gerçekleştirildiği bu hızlandırıcının 9 bin 300 mıknatıstan oluştuğunu ve bunun da 3,5 Eiffel Kulesi ağırlında olduğunu söyleyen Özcan sözlerine şöyle devam etti: "Hızlandırıcının sahip olduğu manyetik alan dünyanın manyetik alanın 150 bin katı büyüklüğünde ve bu enerji, taarruz hızında içerisi uçaklarla dolu bir geminin kinetik enerjisi kadar."

"Bu hızlandırıcı ile bir saniyede 600 milyon parçacık çarpıştırılıyor. Bu çarpışmalardan bir yılda elde ettiğimiz verileri CDlere kaydetmeye çalışıp üst üste dizseydik 20 km'lik bir dağ olurdu." (Ağrı Dağı 5,1 km)

"Protonların çarpışmaları sırasında ortaya çıkan proton enerjisi ışık hızının yüzde 99,999 katı kadar yani Bolu Dağı Tüneli'ni saniyenin 100 binde biri kadar sürede geçmekle eşdeğer. Çarpışma sırasındaki sıcaklık ise güneşin merkezinden 100 bin kat daha fazla."

Bu hızlandırıcı sayesinde evrenin oluşumuna dair en geniş resmi elde edebildikerini belirten Özcan, büyük patlamadan günümüze kadar her şeyi bu aletle kavramaya çalıştıklarını ifade etti.

Karanlık enerji, anti-madde ve yerçekimi

Özcan, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda birbirinden bağımsız olarak yürütülen altı farklı deneyin olduğunu söyledi. Bu deneylerde ilginç bazı sorulara cevap aradıklarını belirten Özcan, bu sorulardan üç tanesini dinleyenlerle paylaştı.

"90'lardan itibaren kozmolojide bulduğumuz çok önemli bir şey var. Evrenimizin sadece yüzde 5'i bizi var eden maddeyi oluşturuyor. Geri kalan yüzde 95'i ise karanlık madde veya karanlık enerji dediğimiz şeylerden oluşuyor. Bunların tam olarak ne olduğunu henüz biz de bilmiyoruz."

"Ayrıca evrenimizde neredeyse her yerde madde görüyoruz. Fakat laboratuarlarda çıkan sonuçlara göre madde ile antimadde dediğimiz şey neredeyse eşit seviyelerde. Bizim için de burada sorun teşkil eden konu, evrende gördüğümüz her şey madde ise evrenin oluşumunda ortaya çıkan bu antimadde nereye kayboldu?"

"Bir de yer çekimi diye bir şey var biliyorsunuz. Bu yer çekimi dediğimiz kuvvet, diğer tüm kuvvetlerden zayıf aslında. Bunu dört yaşındaki kızıma bile kolaylıkla anlatabiliyorum. Çünkü kızım buzdolabına küçük bir mıknatısa sahip cisim yapıştırdığında o küçücük mıknatıs dünyanın sahip olduğu yer çekimi kuvvetinden daha kuvvetli bir biçimde cismi buzdolabına yapışık halde tutabiliyor. Bu kadar zayıf olan yer çekimi kuvvetini kuantum mekaniği ile neden uyuşturamıyoruz?"

Asıl soru: Maddenin kütle kazanmasını sağlayan mekanizma nedir?

Bu üç soruya çok fazla önem verdiklerini kaydeden Özcan bunlarında öncesinde CERN'nde Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın cevaplayacağına inandıkları temel soruyu şöyle açıkladı: "Maddenin kütle kazanmasını sağlayan mekanizma nedir?"

2010 yılı itibariyle altı farklı deney çalışmalarıyla elde ettikleri verilerin 20. yüzyılın 'parçacık fiziği'nin yeniden keşfedilmesi olarak ifade edildiğini söyleyen Özcan, birçok sorunun henüz cevapsız olduğunu ancak şu an itibariyle çok önemli bir şeyin yani Higgs Bozonu'nun keşfedildiğini vurguladı. Özcan Higgs Bozonu keşfiyle ilgili yaptığı açıklamaları şu sözlerle sürdürdü:

"Kütlesi protondan 135 kat daha büyük bir bozon bulduk. Birbirinden bağımsız olarak çalışan Atlas ve CMS deneylerinin her ikisi de bu bozonu başarıyla bulduklarını açıkladı. Yalnız bir deneyin sonuçlarına göre bu bulunan şeyin gerçek olmaması ya da tesadüf olması ihtimali 100 milyonda bir. Böylece kesinlikle bir şey bulduğumuzu söyleyebiliyoruz."

"En son böyle temel bir bozon 1983'te bulunmuştu ve 1984 Nobel Ödülü kazanılmıştı."

Peki bu 'Higgs Bozonu' mu?

Çok büyük bir ihtimalle bu bulunan şeyin Higgs Bozonu olduğunu düşündüklerini söyleyen Özcan, "fizik kullarına göre 'Standart Model'in beklediği bölgede ve onunla uyumlu kanallarda bulundu" dedi.

Ancak konuyla ilgili nihai kararın verilebilmesi için daha çok veri bulduğumuz bozonun özelliklerini ortaya çıkartılması gerektiğini kaydeden Özcan, bu bulunan bozonun Higgs olmasa dahi insanlık için çok büyük bir buluş olduğunu ifade etti.

* CERN'ün coğrafi olarak İsviçre-Fransa sınırında kurulmuş 10 bin nüfuslu bir araştırma labaratuarı olduğunu belirten Özcan, burada çalışan kişilerin işleri ilgili konularda diplomatik dokunulmazlık sahibi olduklarını söyledi. 77'si Türkiye'deki üniversitelerden olmak üzere 101 Türkiyeli bilim insanının CERN'de çalıştığını kaydeden Özcan, bu rakamın zaman zaman 150'ye kadar çıktığını da sözlerine ekledi. (SA/ÇT)