2013 Nobel Fizik Ödülü ve Higgs Bozonu

Neredeyse 50 yıl önce Büyük Patlama sonrası maddenin nasıl oluştuğunu açıklamaya yardımcı olabilecek bir teoriyi ortaya koymuşlardı İngiliz Peter Higgs ve Belçikalı meslektaşı Francois Englert. Bu ortaya koydukları teori ile birlikte tam 50 yıldır parçacık fizikçilerinin aradığı, adeta peşinden koştuğu Higgs bozonu parçacığı sırra kadem basmıştı. Varlığının kanıtlanması büyük bir merakla bekleniyordu ve maddeyi, evrenin ta özünü anlamamızda yeni ufuklar sağlayacağını “umduğumuz” Higgs bozonunu ya da Murray Gell-Mann’ın deyişiyle tanrının belası bu parçacığı bulmak için onlarca devlet bir araya gelecek kadar büyük bütçeli araştırma deneylerine bu dünya seyirci oldu. İşte bu deneylerin sonunda 4 Temmuz 2012 tarihinde Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) fizikçileri Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) deneyleri sırasında Higgs Bozonuna oldukça benzeyen ve onun özellikleri ile uyuşan bir atom altı parçacık bulduklarını ve bu parçacığa şimdilik Higgson adını vereceklerini duyurmuşlardı. Duyurunun devamında deneylerin yıl boyunca süreceği ve yeni verilerin elde edilmesiyle bu parçacığın Higgs Bozonu olup olmadığının ortaya çıkacağı belirtiliyor. Bu açıklamalardan sonra çoğu çevre tarafından yeni keşfedilen parçacığın Higgs Bozonu olduğu şüphe götürmüyordu ve bu nedenle 2012 yılı Nobel Fizik Ödülü’nün bu keşfe ve dolayısıyla bu parçacığı öngören Peter Higgs’e gideceği düşüncesi vardı. Oysa çoğu çevre tarafından beklenen olmamış ve 2012 Nobel Fizik Ödülü kuantum optiğin öncülerine, yeni bilgisayar devrimin yolunu açan kaşiflere verilmişti. Higgs Bozonu parçacığının varlığının onaylanması yani Higgson adı verilen yeni keşfedilen atom altı parçacığın Higgs bozonu olduğunun duyurulması ise 2013 yılının Mart ayına kalmıştı. İşte Dünya’nın en büyük atom parçalayıcısının gösterdiği kanıtla parçacık fiziğinin Standart Model’inin bir halkası daha tamamlandı ve 2013 yılı Nobel Fizik Ödülü böylece o parçacığın var olduğunu öngören Peter Higgs’e ve Francois Englert’e verildi.

Ödülü Neden Aldılar?

Bu iki fizikçi 1960’larda bağımsız çalışarak evrenin temel yapıtaşlarının nasıl bir araya gelerek kümelendiklerini, nasıl kütle kazandıklarını ve bizim bugün etrafımızda gördüğümüz herşeyin nasıl oluştuğunu açıklamaya yardımcı olacak bir teorinin üzerinde durdular. Bu teori Higgs Bozonu ya da Tanrı parçacığı adıyla bilinen bir atom altı parçacığının varlığını öngörüyordu.

On yıllar için fizikteki en büyük atılımlardan biri olan İsviçre-Fransa sınırı altındaki 27 kilometrelik bir tünel içine inşa edilen CERN’deki bilim insanları da 10 milyar dolarlık parçacık çarpıştırıcısı kullanılarak az önce ifade ettiğim gibi sonunda Higgs bozonunun bulunduğunu duyurmuşlardı.

Bulunan Higgs bozonunu öngören teori Dünya’nın, evrenin nasıl inşa edildiğini tanımlayan parçacık fiziğinin Standart Modelinin merkez parçasıdır. Standart Modele göre, çiçeklerden insanlara gezegenlerden yıldızlara her şey sadece birkaç temel yapı taşından yani madde parçacıklarından oluşuyor. Bu parçacıklar her şeyin tam da olması gibi çalıştığından emin olmak için kuvvet parçacıkları aracılığıyla sağlanan kuvvetler tarafından yönetilirler. Tüm Standart Model de özel bir parçacığın varlığına dayanmaktadır ki bu parçacık Higgs bozonudur. Bu parçacık tüm uzayı dolduran görünmez bir alandan kaynaklanmaktadır. Hatta evrenin boş görünen kısımlarında bile bu alan vardır. Bu alan olmaksızın, biz var olamazdık çünkü parçacıkların kütle edinmeleri bu alanla olan temasları ile sağlanmaktadır. İşte Higgs ile Englert tarafından ortaya konan ve onların ödülü almasını sağlayan bu teori bu süreci açıklamaktadır.

Tam Olarak Higgs Bozonu Nedir?

Çevremizde gördüğümüz her şey atomlardan yapılmıştır. Atomlar da elektronlar, protonlar ve nötronlardan oluşmaktadır. Ve bunlar da kuarklar ile diğer atom altı parçacıklardan oluşmaktadır. Bilim insanları ise evrenin bu en küçük temel yapıtaşlarının nasıl kütle kazandıklarını merak ediyorlardı. Kütle olmaksızın, bu parçacıklar bir arada bulunamaz, birbirlerine tutunamaz ve maddeyi oluşturamazlardı.

Birbirlerinden ayrı olarak Higgs ve Englert’in önerdikleri bir teori ise diğer parçacıklar üzerinde bir hava direnci gibi davranan bir yapışkan enerji alanı oluşturması gereken yeni bir parçacıktan bahsediyordu, yıl 1964’tü. CERN’deki atom parçalayıcı deneyler teoriyle benzer bir biçimde var olan bir parçacığın var olduğunu kanıtladılar, 2012 yazında.

Bu Madde Neden Var?

Higgs bozonu parçacığı dünyanın nasıl ortaya çıktığını anlamaya çalışan bilim insanlarını destekleyen birçok teorik denklemin bir parçasıdır. Eğer parçacık var olmasaydı, sonra bu teorilerin temelden yenilenmesi gerekirdi. Şu an gerçekten de var olması ise evrenin atomaltı parçacıklar seviyesinde nasıl çalıştığını açıklayan parçacık fiziğinin Standart Modeli’ne daha fazla ağırlık verilmesi gerektiği gerçeğine dönüşmektedir. Bilim insanları hâlâ yapılması gerek çok iş olduğunu düşünüyorlar, çünkü kütlesiz olduğu düşünülen atom altı parçacıklardan nötrinolar kütleye sahipmiş gibi görünüyorlar ve bu da çözülmesi gereken başka bir muamma. Araştırmacılar hâlâ karanlık maddenin yani evrenin beşte dördünü kaplayan ama görülemeyen kısmında kalan maddenin ne olduğunu anlamaya çalışıyorlar. Bu parçacık bu problemlerin çözümünde rol oynayabilir.

Higgs Parçacığını Bulmanın Maliyeti Ne Oldu?

İsviçre-Fransa sınırı altındaki 27 kilometrelik tünelde bulunan CERN’ün Büyük Hadron Çarpıştırıcısının inşası ve çalıştırılmasının maliyeti 10 milyar doları buldu. Bu rakam Higgs parçacığını bulmayı hedefleyen iki bağımsız deney işbirliğini yürüten dünya çapındaki tüm bilim insanları ve destek personelinin binlerce maaşını da içermekte.

Peki, Ödülün Açıklanması Sırasında Yaşananlar…

Nobel Ödülleri bilindiği gibi yıllardır uygulama alanı kazanmış ve keşfin üzerinden on yıllar geçmiş çalışmaların sahiplerine verilirdi. Kimi çevrelere göre bu ödülün bu teorinin sahiplerine çoktandır verilmesi gerekiyordu ama kimi çevreler de henüz yeni keşfedilmiş bu parçacığın henüz bir uygulama alanı bulup da hayatımıza etkisini görmeden ödülün bu çalışmaya verilmesi üzerine seslerini yükseltmeseler de tepkili. Üstelik ödülün açıklanması sırasında yaklaşık bir saatlik ertelenme yaşanması da çeşitli spekülasyonlara yol açtı. Bu muazzam bütçeli deneylerin sonucunda Higgs bozonunun bulunması ve ardından Nobel Ödülü’nün verilmemesi ise daha büyük tartışmalara konu olacağı açıktı elbette ama Nobel Ödülleri seçim komitesinin titizlikle bu yıl ki ödülleri belirlediklerini de düşünebiliriz. Sonuçta CERN’de yapılan deneyler endüstrinin bir çok alanından tıp ve medikal uygulamalara kadar sayısız alanda önemli yeniliklerin hayatımıza girmesinde rol oynamaktadır.

Sonuç olarak, Higgs ve Englert’in 1960’lı yıllarda öngördükleri teori ve bu teorinin olmazsa olmazı Higgs parçacığının CERN’deki binlerce bilim insanın çabalarıyla kanıtlanması sonucu evrenin oluşumuna ve yapısına dair anlayışımızda yeni ufukların kapısı aralandı. Bu sebeple 2013 Nobel Fizik Ödülü’nün sahipleri Higgs ve Englert olmuştur.

Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca

Nanoölçek Aygıtlar ve Taşıyıcı İletimi Grubu
Kuark Bilim Topluluğu

Kaynaklar:

1. 1. Englert and Higgs win Nobel physics prize, http://phys.org/news/2013-10-englert-higgs-nobel-physics-prize.html#inlRlv
   2. Nobel physics laureate Higgs ‘overwhelmed’, http://phys.org/news/2013-10-nobel-physics-laureate-higgs-overwhelmed.html

2012 Nobel Fizik Ödülü -> http://www.kuark.org/2012/10/2012-nobel-fizik-odulu-ve-kuantum-dunyasinin-gizemleri/
2011 Nobel Fizik Ödülü -> http://www.kuark.org/2011/10/2011-nobel-fizik-odulu-ve-evrenin-kesfi/
2010 Nobel Fizik Ödülü -> http://www.teknoloji.kuark.org/2010/10/05/grafen-ve-2010-nobel-fizik-odulu/
2009 Nobel Fizik Ödülü -> http://www.kuark.org/2011/10/2009-nobel-fizik-odulu-isigin-ustalarina-verildi/