Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde (CERN) Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) Deneyi’nden araştırmacılar 4 Temmuz 2012 tarihinde uzun zamandır aradıkları Higgs Bozonu atom altı parçacığı ile uyuşan bir parçacık bulduklarını Avustralya’da gerçekleştirilen ICHEP toplantısında açıkladılar. Bu LHC deneyi içerisindeki Atlas ve CMS deneylerinden gelen sonuçlar sayesinde ilk bulgulara göre yüksek seviyede bir kesinlikle (5 sigma sinyal) bu bulunan parçacığın Higgs Bozonu başka bir deyişle Tanrı Parçacığı* olabileceği düşünülüyor. Araştırmacılara göre eğer bu yeni bulunan parçacık Higgs Bozonu değilse, buldukları bu parçacığın bir bozon ve şimdiye kadar bulunan en ağır atom altı parçacık olduğu konusunda hem fikirler. Ancak bu bulunan parçacığın Higgs Bozonu olma ihtimali daha yüksek gibi görünüyor. Neden kesinlikle Higgs Bozonu parçacığını bulduk diyemiyorlar?
Yeni bulunan bozon-atom altı parçacık-.
Çünkü Standart Model’in önerdiği ve 50 yıldır aranan Higgs Bozonu parçacığı oldukça özel özelliklere sahip. Şu an bulunan parçacığın ise sadece kütlesi açık ve net bir şekilde ifade ediliyor. Yani deniliyor ki, şu kütlede kesinlikle bir parçacık olmalı! İşte o kütle, tam da Standart Model’in yani Peter Higgs ve ardılları olan bir çok teorik fizikçinin ön gördüğü Higgs Bozonu’nun beklenen kütle değeri civarında olduğu için Higgs Bozonu ile uyumlu bir parçacık bulduklarını duyurdular. Şimdi bu kütle civarında bulunan parçacığın yine saniyede 40 milyon çarpışmanın yaşandığı hızlandırıcılarda yeni deneylerle özelliklerini tayin etmeye çalışacak araştırmacılar. Bu deneylerin devamında ilgili kütledeki yeni bulunan ve şimdilik “higgson” adı koyulan parçacığın özellikleri ortaya konulduktan sonra gerçekten aradığımız Higgs Bozonu olup olmadığı araştırmacılar tarafından belirlenecek.
Bugün yani 4 Temmuz 2012 itibariyle yaşanan gelişmenin özeti bu şekilde. Buna benzer bir toplantı ise Aralık 2011’de gerçekleşmiş ve Higgs Bozonu için kütle aralıkları verilmişti; ben de gelişmeleri açıklamaya çalışmıştım. Bu yazımızda ise önce Higgs Bozonu nedir, Higgs alanı nedir ve daha sonra bugün ki açıklamaların detaylarında neler var sorularını yanıtlamaya çalışacağım. Son olarak da bundan sonraki süreç hakkında bilgi vermeye çalışacağım.
Higgs Bozonu ve Higgs alanı nedir?
Madde ile ilişkili olan parçacık olarak Higgs Bozonu’na uzaktan bakmak mümkün ama maddeyi oluşturan parçacıkları nasıl hayal ediyor ve tanımlıyoruz? Mesela [1] kaynağında, çoğu insanın madde parçacıklarını çevremizde gördüğümüz katı cisimleri oluşturan bir şekilde birbirine yapışmış küçük bilardo topları gibi olduğunu hayal ettiklerini söylüyor. Dolayısıyla bu şekilde hayal edenlerin o küçük bilardo topları içinde de bir miktar madde olmasını beklemeleri gerekir. Ancak modern kuantum teorilerde madde bunun gibi değildir. Eğer bütün parçacıklar kendi hallerine bırakılırlarsa hiçbir kütleye sahip olmadıkları ve ışık hızına yakın bir hızda hareket etmeleri beklenir. Bu durumda da bu parçacıkları araştıracak tek bir insan bile var olamazdı. Çünkü biliyoruz ki her bir parçacığın kendine ait bir kütlesi var ve bizler de kuarkların meydana getirdiği proton ve nötronlardan oluşan atomlara sahip canlılarız.
Bu durumda kendi hallerinde olmayan parçacıklar nasıl kütle kazanıyorlar? İşte Higgs alanı bu soruya cevap verebiliyor. Standart Model’e göre tüm uzayı Higgs alanı doldurmakta ve parçacıklar Higgs alanı boyunca hareket ettikçe Higgs alanı ile etkileşmekteler ve bu etkileşme sonucunda onlar kütleye sahip olmaktalar. Böyle hareket eden parçacıkları bu alan yavaşlatır ve onları bizim gözlediğimiz gibi maddenin tanıdık formları içinde birlikte olmalarını sağlar. Bu sezgisel hayalimize göre doğanın tamamen farklı bir resmidir aslında – kendi öz özelliklerine sahip maddenin yerine maddenin çoğu özelliklerinin görülmeyen, her yere yayılmış bir alan ile sadece etkileşimlerinden kaynaklandığını ifade eden bir resim…
Higgs Bozonu ise bu görülmeyen ve her yere yayılmış Higgs alanına yeterli bir enerji ile girildiğinde oluşturulabilen bir titreşim olarak yine [1] no’lu referansta tanım yapılmış. Bir elektrik alan bir elektrik yükünden oluşuyor ve bu alan elektrik yükünden uzaklarda etkisini/kendisini kaybediyorsa Higgs Bozonu ve Higgs alanı ise bu durumdan tamamen farklıdır. Higgs alanı için böyle bir kaynağa ihtiyaç yoktur ve evrenin her bir noktasını doldurduğu düşünülüyor. Bu nedenle boş uzay diye bir şeyin olmadığı düşünülüyor. Sonuç itibariyle Higgs alanı ile etkileşen parçacıklar belirli bir kütleye bu etkileşme sonucunda sahip oluyorlar. Kuantum mekanik gereği her bir alanın da bir parçacığı olmak zorunda. Bu nedenle, Higgs Bozonu’nu bulmak bu kadar önemli. Çünkü Higgs Bozonu’nun varlığı Higgs alanını da doğrulayacaktır.
Higgs Bozonu hakkında detaylı bilgiyi şu Türkçeleştirdiğimiz görselde bulabilirsiniz:
http://www.facebook.com/photo.php?v=1493274887127
Toplantıda Nelerden Bahsedildi?
Toplantı ile ilgili kısaca bilgiler aktarma niyetindeyim. Aşağıda yan yana iki grafik görüyor olacaksınız. Her iki grafikte de yaklaşık 125 GeV civarında bazı sapmaların olduğu açıkça görülmekte. Örneğin soldaki grafikte kesikli bir çizgi ve siyah noktalı kırmızı bir çizgi görülüyor. Eğer deneyde herhangi bir parçacık görülmese idi siyah noktalı kırmızı çizginin kesikli çizgiyi olduğu gibi takip etmesi gerekirdi ama tam da Higgs Bozonu’nun beklenen kütle aralığı içerisinde siyah noktalı kırmızı çizgi kesikli çizgiden sapıyor. İşte 126.5 GeV civarında bir atom altı parçacık bulunduğunun ispatı olarak bu veriler karşımıza çıkıyor. Toplantıda konuşulan şeyler arasında bizler için bilmemiz gereken en önemli ayrıntı bu. Ancak henüz Higgs Bozonu budur dememelerinin sebebi teorinin ön gördüğü diğer özelliklerin de test edilerek elde edilen bu verinin başka verilerle desteklenmesi gereğindendir. Söz konusu Higgs Bozonu, başka parçacıklarla bozunmadan önce saniyenin çok küçük bir kısmı kadar bir sürede yaşayabilen kararsız bir parçacık olduğu için deneylerin yenilenmesi oldukça önemlidir.
Yakın Gelecekte Süreç Nasıl Olacak?
Az önce belirttiğim gibi Higgs Bozonu’nun yaşam ömrü oldukça kısa ve bu, dedektörlerle bu bozonun gözlenmesini zorlaştırmakta. Bu nedenle saniyede 40 milyon çarpışmanın olduğu deney verilerinin analiz edilmesi, kontrol edilmesi de uzun bir uğraş süreci anlamına geliyor. Ayrıntılı analiz sonuçları bir taraftan da Standart Model’in ön görüleri ile uyumlu olup olmadığı irdelenecek. Öte yandan da CERN’deki deneyler bu yılın sonuna kadar sürecek ve yeni veriler de elde edilmiş olunacak ki bu veriler şimdiye kadar elde edilen verilerin iki katı olacağı ifade ediliyor. Ancak bu analizlerden sonra Higgs Bozonu hakkında kesin bir sonuca varılabilinecek gibi görünüyor. Yıllarca sürecek yeni deneylerle birlikte artık Standart Model ötesi yeni modeller, yeni teoriler sınanmaya çalışılacak. Higgs alanı ve Higgs Bozonu hakkındaki yeni verilere göre farklı modellerin ve kuramların da ortaya çıkması mümkün olacak. Süpersimetri, yeni atom altı parçacıklar ve boyutlara ilişkin yeni verilerimiz olacak. Yeni keşifler… Aslında tüm bunlar evrenimizi tanımaya onun iç yapısını anlamaya yönelik küçük adımlardan başka bir şey değil ama böylesine küçük adımların ötesinde cevabını aradığımız kimi temel ve büyük soruları da belki çözebilmiş olacağız.
Gökhan Atmaca / http://facebook.com/anadoluca | http://twitter.com/kuarkatmaca
Gazi Üni. Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu – Kuark Bilim Topluluğu
*Tanrı Parçacığı: Higgs Bozonu için yıllar önce ünlü fizikçi Murray Gell-Mann bulunamayan bir parçacık olduğuna atıfta bulunmak amacıyla Tanrı’nın Belası Parçacık şeklinde bir tabirde bulunduktan sonra bu şekilde ifade edilmeye başlandığı söyleniyor.
Kaynaklar:
- http://www.cam.ac.uk/research/news/particle-consistent-with-higgs-boson-found/
- http://www.quantumdiaries.org/2012/07/04/new-baby-boson-is-born-weighing-in-at-about-126-gev/
- http://www.atlas.ch/news/2012/HiggsStatementATLAS-Turkish.pdf
- http://physicsworld.com/cws/article/indepth/2012/jul/04/introducing-the-higgson
