Sıradan bir madde ve antimadde arasındaki tek fark elektrik yükünün zıt olmasıdır, bir proton pozitif yüke sahip iken antiproton negatiftir. Bu yük zıtlığından dolayı bir madde ile bir antimadde karşı karşıya geldiklerinde birbirlerini yok ederler ve geriye sadece ışık kalır. Bu ise beraberinde evren hakkında çözemediğimiz bir dizi problemi getirir. Evren ilk oluştuğu zamanlarda Büyük Patlama teorisine göre madde ve antimaddenin eşit miktarlarda var olması gerekiyordu. Eğer tüm özellikleri aynı ve sadece elektrik yükü farklı ise, madde ve antimadde birbirini bir şekilde yok etmeliydi. Ancak, öyle olmadı, zamanla antimadde giderek azaldı ve bugün neredeyse yok denecek miktarlarda evrende bir yerlerde. Görüp görebileceğimiz her şey ise sıradan maddeden oluşmakta. Bu nasıl mümkün oldu? Muhtemelen madde ve antimadde arasında bizim bilmediğimiz başka bir farklılık var olabilir.
Protonlar ve antiprotonlar (protonların karşıt parçacığı) arasında hâlâ bir fark yok. Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi, CERN’de gerçekleştirilen Baryon Antibaryon Simetri Deneyi (İng. BASE) bir antiproton yavaşlatıcısı üzerinde antiproton ve protonların temel özelliklerini hassas bir şekilde karşılaştırmayı amaçlamaktadır [1]. Bu tür karşılaştırmalar ile parçacık fiziğinin Standart Modeli’nde en temel simetri olan yük-parite-zaman tersinirliği yani cpt simetrisini test etmeyi sağlamaktadır.
Geçtiğimiz hafta BASE deneyinde çalışan bilim insanlarının Nature dergisinde yayınladıkları bir makalede protonu bile aşan bir hassaslıkla antiprotonun manyetik momentine dair yeni bir ölçümün sonuçlarını paylaştılar. İki Penning tuzağında ayrı şekilde tuzaklanmış antiprotonlar üzerine yapılan eş zamanlı ölçümleri içeren yeni bir yöntem sayesinde bu yılın başında antiprotonun manyetik momentin hassas ölçümüne dair kırılan rekor yeniden kırılmış oldu. Üstelik bu yeni sonuç önceki ölçümden 350 kat daha hassas ve benzeri görülmemiş bir doğrulukla madde ve antimaddeyi kıyaslamaya olanak tanıyor. İşte bu nokta geçtiğimiz gün çeşitli haber kaynaklarında çıkan “CERN: Evren aslında var olmamalıydı” başlıklı haberlere neden olan mevzudur. Bu konuya açıklık getireceğim ama öncesinde bu yeni çalışmanın sonuçlarına biraz daha değinelim.
Bu yeni teknik ile elde edilen sonuçlar proton ve antiprotonun manyetik momentlerin birbirine eşit olduğunu ve hatta antiprotonun manyetik momenti sıradan yani normal madde olan protona göre daha yüksek hassasiyetle belirlendiğini gösteriyor. Bir antiprotonun manyetik momenti 2.792 847 344 1 olarak bulundu [2]. 2014 yılında ise aynı araştırmacılar protonun manyetik momentini 2.792 847 350 olarak bulmuşlardı.
Antiprotonun daha hassas ölçümüne ilişkin çalışmanın baş yazarı Christian Smorra CERN’in web sitesindeki duyuruya göre şunları söylemiş [2],
“Bu deney ile muhtemelen ilk defa fizikçiler maddeden ziyade antimaddenin bir özelliğini daha hassas bir şekilde ölçtü ve bu başarı CERN’deki Antiproton Yavaşlatıcı’da gerçekleştirilen olağanüstü ilerlemeyi göstermektedir.”
Ancak anlaşılan o ki Smorra’nın açıklamaları bununla sınırlı değil, Phys.org’da da yer alan bir haber metninde şu açıklamayı da yapmış [3],
“Gözlemlerimizin tümü evrenin aslında neden var olmaması gerektiği sorusunu sorduran madde ve antimadde arasında tamamlanmış bir simetri buldu. Madde ve antimadde arasında bir asimetri var olmalı bir yerlerde ama biz farklılığın nerede olduğunu basitçe anlamıyoruz. Simetri kırılmasının kaynağı nedir?”
Bu sözlerden yabancı haber kaynakları ve Türk basını CERN’in sanki “evren aslında var olmamalıydı” gibi bir açıklama yapmışcasına bir anlam çıkarmışlar. Hatta bir tanesi “CERN’deki bilim insanları: akıl erdiremiyoruz” şeklinde bir alt başlık kullanmış. Ancak öyle bir sonuç çıkmıyor, hiçbir gazete, haber sitesi temel bilimlerden mezun danışman ya da editör çalıştırmadığı için bu tür sorunlar oluyor. İşin aslı, evrenin ilk zamanlarında, Büyük Patlama’nın hemen sonrasında madde ve antimadde arasındaki dağılımın bugünkü evreni meydana getirecek şekilde nasıl bozulduğu veya değiştiği ile ilgili. Büyük Patlama teorisine göre evrenin ilk zamanlarında madde ve antimadde eşit miktarda oluşmuştu. Aslında, evrenin meydana gelişinin akabinde birbirlerini yok etmeli, evren de tamamen ışık olmalıydı [4].
Ama işte gelin görün ki, biz buradayız. Gezegenler, yıldızlar ve galaksiler; görebildiğimiz her şey sadece maddeden oluşmuştur. Protondan, nötrondan, elektrondan vesaire ama antiprotondan ya da başka bir şeyin antisinden, karşıtından değil. Dolayısıyla bu büyük bir gizem ve buna çözüm getirmek isteyen çok sayıda fizikçi var. Bununla ilgili bazı öne sürülen olası çözümler de var. Örneğin, 1998 yılında CERN’de yapılan deneyler kaon atom altıparçacığın antikaona, antikaonun da kaona dönüşmesi ile ilgili dönüşüm sırasında bir dengesizliğin olduğu gösterdi. Buna göre kaon parçacığı antikaondan daha fazla dönüşürken antikaonun kaondan dönüşmesi ise daha azdı. Yani bir ortamda belirli miktarlarda kaon ve antikaon parçacıklarını yerleştirsek, bir süre sonra antikaon parçacıkların sayısı azalıyordu. 2001 yılında ise B mezonları arasında da benzer bir asimetrinin olduğu ortaya çıktı. İşte CERN’deki BASE deneyi araştırmacıları proton ve antiproton arasında olmasını beklediğimiz ama bir şekilde bulamadığımız bir asimetrinin, bir farklılığın izini sürüyorlar. Ancak bu son deney de gösterdi ki, proton ve antiprotonların manyetik moment özelliği birbirleriyle aynı. Bu arada bir antiparçacık ya da bir antimadde normal maddenin tüm özelliklerini elektrik yükü haricinde taşır, sadece elektrik yükleri farklıdır. Bu nedenle normal madde ve antimadde arasındaki ilişkiyi daha iyi anlayabilmek için evrende çok ama çok az miktarda kalan antimadde, antiparçacıklar hakkında daha fazla deney yapmak ve bu deney sonuçları ile normal maddeyi karşılaştırmak önemli. Ancak bu şekilde antimadde ve madde arasında asimetriyi oluşturacak bizim bilmediğimiz bir farklılığı bulabiliriz.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
Instagram: instagram.com/anadoluca
Referanslar:
[1] http://base.web.cern.ch/
[2] https://home.cern/about/updates/2017/10/more-precise-measurement-antimatter-matter
[3] https://phys.org/news/2017-10-riddle-unsolved-proton-antiproton-fundamental.html
[4] http://www.kuark.org/2012/02/anti-madde-nerede/
