CERN Anti-Madde Gizeminin Peşinde |
1. Bölüm

Bilimin yanıt aradığı en büyük gizemlerden birisi anti madde. Bu gizemi çözmek için İsviçre Cenevre merkezli CERN’de (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) anti madde konusunda tarihi deneyler yapılıyor. Peki anti madde nedir? Nasıl üretilir? Evrenin keşfinde anti madde hangi öneme sahip? Haydi gelin biraz parçacık fiziği aleminde birlikte bir yolculuğa çıkalım.

A- A+

01.02.2014 tarihli yazı 30122 kez okunmuştur.

Anti madde nedir Anti madde bulundu CERN Anti madde CERN Kuantum teorisi Anti-matter Einstein görelilik teorisi Anti-matter CERN Karşıt madde Pozitron Antihidrojen Parçacık fiziği

Parçacık fiziği bilimin en derin alanlarından bir tanesi. Anti madde ise parçacık fiziğin en büyük gizemlerinden. CERN’de ki bilim adamları anti madde gizemini çözmeye uğraşıyor. Bunun için tarihi birçok deneyler yapıldı. Son yapılan deneyde ise bir anti madde olarak üretilen anti hidrojen atomlarından oluşan anti hidrojen demeti üretildi. Bunun ne anlama geldiğini anti maddenin ne olduğunu ve nasıl üretildiğini belirttikten sonra yazımızın ikinci bölümünde açıklayacağız.

► İlginizi Çekebilir: Higgs Parçacığı (Tanrı Parçacığı)

► Anti madde nedir ve anti madde fikri nasıl ortaya çıktı?

Herşey 1900’lü yılların başında Albert Einstein’ın ortaya çıkardığı özel görelilik teorisi ile uzay – zaman ve kütle – enerji arasındaki ilişkiyi açıklamasıyla başladı. Işığın hem dalga hem de parçacık halinde yayılmasının anlaşılmasından sonra Erwin Schrödinger ve Werner Heisenberg sayesinde kuantum teorisi keşfedildi. Ancak kuantum teorisinin Einstein’in teorisinin ışık hızına yakın bir hızda hareket eden küçük parçacıklarda uygulanamadığı anlaşıldı.

Bunun üzerine İngiliz fizikçi ve matematikçi Paul Dirac yeni bir denklem ortaya koydu. Hem görelilik hem de kuantum teorisini bir araya getiren bir denklem yazdı ve bunu ışık hızına yakın bir hızda hareket eden bir parçacık olan elektron üzerinde uyguladı. Hatta bu denklem ona 1933 Nobel Fizik Ödülü’nü getirdi. Ancak bir problemi vardı. Bu denklem bir elektron üzerinde uygulandığında, biri pozitif enerjili diğeri negatif enerjili elektronlar olmak üzere iki adet çözümü vardı. Normalde elektron negatif yüklü olduğu için bu durum bilim adamlarına ters gelmişti.

Dirac bunu her parçacığın kendisiyle aynı olan zıt yüklü karşıt bir parçacığı olduğunu öne sürmesiyle açıklamıştı. Yani elektronun karşıt yüklüsü pozitif yüklü bir elektrondu. Bu tür maddeleri anti madde olarak adlandırdı.

► İlginizi Çekebilir: Karanlık Madde ve CERN

Yani anti madde dediğimiz şey, elektriksel yük olarak atom parçacıklarının kuantumun mekaniksel özelliklerinin zıt hali. Örnek olarak elektron -1 yüklü, proton +1 yüklü. O zaman anti elektron +1 yüklü olacak, anti proton ise -1 yüklü olacak. Yani her temel parçacık için onunla aynı kütleye ve spine sahip fakat zıt yüklü bir parçacığı var. Parçacıklar için karşıt maddelerinde her özellikleri aynı olma zorunluluğu yok. Aynı olan en önemli özellikleri karşıt maddesiyle yapısı yani kütlesi, spini gibi özellikleridir. Başka özellikleri farklı olabilir ancak aynı kendisi gibi davranır.

► Atomu oluşturan üç ana parçacığın karşıt maddesi nasıl bulundu?

Dirac’ın öne sürdüğü karşıt madde söyleminden sonra anti madde çalışmaları başlandı. Öncelikli olarak hedef, atomun yapı taşları olan elektron, proton ve nötronun karşıt maddeleri bulmaktı. Böylece parçacıklardan atomlara, atomlardan maddelere geçilip karşıt madde elde edilebilir miydi?

Önce 1932 yılında bilim adamları kozmik parçacıklar üzerinde deneyler yaparken pozitif yüklü elektronla aynı kütleye sahip bir parçacık buldular. Bunun elektronun karşıt maddesi olduğuna karar verdiler çünkü her özelliği elektronla neredeyse aynıydı ve yükü pozitifti. Bu yüzden elektronun karşıt maddesine anti elektron değil de pozitif yükünden dolayı pozitron adı verildi. Daha sonra 1955 yılında ise anti proton elde edildi.

► İlginizi Çekebilir: Bilimde Son Nokta "Kuantum Işınlanma"

► Peki her parçacığın zıt yüklü karşıt bir maddesi varsa yüksüz olan nötronun karşıt maddesi ne?

Etrafımızdaki insanları tanımlarken boy, kilo, göz rengi, saç rengi gibi birçok kelime kullanırız. Parçacıklarda böyledir. Parçacıklar da tanımlanırken kütle, spin, isospin, lepton numarası gibi özellikleri kullanılır. Bu parçacıkların anti maddeleri ile bazı özellikleri aynıdır (kütle, spin vb.), bazı özellikleri farklıdır (elektriksel yükü, lepton numarası vb.).

Nötronun elektriksel yükü yok. Ancak şu var ki nötron temel bir parçacık değildir. Üç adet kendisinden daha küçük kuark dediğimiz parçacıklardan oluşuyor ve kuarklar elektriksel yüke sahiptirler. Aslında proton ve elektronlarda kuarklardan oluşuyor ve elektriksel yükleri yukarı ve aşağı kuarkların toplamından pozitif ve negatif yüklü oluyor. Çünkü dediğimiz gibi kuarklar elektriksel yüke sahip. Tabi bunu detaylı anlatmak için daha fazla parçacık fiziği bilgisi vermemiz gerekiyor. O yüzden bu bölümü kafa karıştırmadan hızlıca geçerek nötrona gelelim;

Bir nötron; 1 yukarı kuark ve 2 aşağı kuarktan oluşur. Bir anti nötron ise 1 anti yukarı kuark ve 2 anti aşağı kuarktan oluşuyor. Bu yüzden nötronun da karşı bir maddesi var yani anti nötron.

1956 yılında ise bu şekilde nötronun karşıt parçacığı anti nötron elde ediliyor.

Anti - Parçacık Tablosu

► Madde parçacıklarının anti maddesi bulunduğuna göre bu parçacıkların karşıtlarından bir anti çekirdek elde edilebilir mi?

Elektronun karşıt parçacığı pozitron ile atomun çekirdeğini oluşturan iki parçacık; proton ve nötronun karşıt parçacığı bulundu. Bundan sonra anti çekirdek elde etmek için deneyler yapılmaya başlandı. Bunun için referans olarak döteryum atomu hedef alındı. Çünkü döteryum çekirdeği bir proton ve bir nötrondan oluşuyordu. Yani anti döteryum çekirdeği bir anti proton ve anti nötrondan oluşturulmak istendi. CERN’de ve Brookhaven Ulusal Laboratuarı’nda gerçekleştirilen deneylerde başarılı sonuçlar elde edildi ve karşıt çekirdek elde edildi.

► Karşıt çekirdek elde edildi. Karşıt elektronla karşıt çekirdek birleşip karşıt atomu oluşturabilir mi?

Bu zaman dilimine geldiğimizde ise CERN’de yapılan deneyler sonrasında tarihi bir başarı elde edildi. 1995 yılında CERN’de Low Energy Antiproton Ring (LEAR) adı verilen özel bir makine sayesinde anti protonlar yavaşlatılarak bir pozitron (anti elektron) ve bir anti proton arasında bağ kurulup ilk karşıt hidrojen atomu elde edildi. Buna anti hidrojen atomu dendi.

► İlginizi Çekebilir: Gizemli Parçacık Nötrino

Anti hidrojenin bulunması evrenin keşfi açısından çok önemli. Çünkü hidrojen, evrenin yaklaşık olarak kütlece %75’ini oluşturuyor. Anti hidrojen elde edildiğine göre acaba tamamen karşıt maddeden oluşan yeni bir evren var mı?

Yazımızın ikinci bölümünde CERN’de elde edilen antihidrojen atomu ile ilgili yeni gelişmeleri anlatacağız.

Kaynak:

► home.web.cern.ch
► fnal.gov
► en.wikipedia.org