Bilim insanları antihidrojen konusunda bir aşama daha kaydediyor.
Bildiğimiz sıradan maddenin tam zıttı olan antimadde, biraz huysuzca bir materyal. Bilim insanları en basit antimadde atomlarını yaratıp kararlı tutmayı yalnızca son 20 yıldır başarabiliyorlar. Şimdilerde de antihidrojenin iç yapısıyla ilgili ölçümleri alabilmeye başladılar.
Periyodik cetvelin ilk üyesi olan Hidrojen, bir protonun etrafında dönen bir elektrondan oluşur. Antihidrojen ise bir antielektron (veya bir diğer adıyla pozitron), ve bir antiprotondan oluşur. Bir pozitron ve elektron çarpışırsa birbirlerini yok ederek enerji açığa çıkarırlar. Aynı süreç proton-antiproton etkileşimleri için de geçerli. Evrenimiz elektron, proton ve ikisinin pek çok kombinasyonuyla tıklım tıkış dolu olduğundan, ikisinin antiparçacıklarını uzun süre etrafta tutabilmek ayrıca bir zorluk.
Bu, CERN’ün ALPHA (Antihidrojen Lazer Fiziği Cihazı) deneyinde çalışan fizikçilerin çözmeye çalıştıkları bir sorun. Deneyde pozitron ve antiprotonlar manyetik bir hacmin içerisinde oluşturulan vakuma atılıyor. Olması beklenen durum, bu parçacıkların birleşerek antihidrojeni oluşturması. Kurulan düzenek oluşacak antimaddeyi kararlı yapıda tutmak üzere tasarlandığından bilim insanları lazer yardımıyla sonucu inceleyebilirler.
Birkaç yıl önce bilim insanları antihidrojeni 15 dakika boyunca hapsetmeyi başarmışlardı. Bu kaydedilmiş en uzun süreydi. ALPHA araştırmacıları, görevlerinin bir sonraki aşamasında da gelişme gösterdiler. Lazerlerle antihidrojenin yapısını incelemeyi başardılar ve sonuçlar Nature dergisinde yayınlandı.
“Antimaddeyi sabit tutup üstünde incelemeler yapabilmek eskiden sadece hayal ürünüydü,” diyor ALPHA konuşmacısı Jeffrey Hangst. “Çok da uzak sayılamayacak bir geçmişe kadar bu imkansız kabul ediliyordu. Yani, bunu yapabiliyor olduğumuz gerçeği bizim için bir çeşit devrim.”
Hangst ve iş arkadaşları antihidrojen üstünde ilk spektroskopik ölçümleri gerçekleştirdiler. Spektroskopi, atomların iç yapısını incelemek için kullanılan bir yöntem. Elektronun atomu çevrelemesini Dünya’nın Güneş etrafındaki yörüngesine benzetsek de, durum aslında biraz daha farklı. Elektronlar aynı anda birden fazla enerji seviyesinde “dönebilirler”. Atomun üzerine ışık tuttuğumuzda, bu enerjiyi kullanarak daha yüksek seviyelere zıplayabilirler. Fazla enerjiyi ışık şeklinde serbest bırakarak ise düşük seviyelere geri dönebilirler.
Atomun enerji seviyeleri belirli mesafelerle ayrıldığından, elektronlar belli miktarda enerjiyi emer ya da açığa çıkarır. Bu kesin miktarlarsa ışığın rengi olarak bizlere yansır. Örneğin, hidrojenin yörüngesindeki elektronu temel enerji seviyesindeki yerinden etmek isterseniz, atomu bir lazer ışın demetiyle, belli dalga boyundaki UV ışınlarıyla vurmanız gerekir.
ALPHA’nın aynı deneyi antihidrojen üzerinde gerçekleştirmek için önce antihidrojeni yaratmalı ve onu hapsetmeli. Bunu başardıktan sonra yapılacak şey ise ona bir lazer tutmak. Bu tipten çoğu spektroskopik deneyde ışın, trilyon mertebesinde atoma sahip olan maddelerin üstüne yansıtılır ancak, ALPHA’nın durumunda ise antimadde sadece 15 atoma sahip.
Hangst, “sadece birkaç atom varken çok daha detaycı olmalısınız,” diyor. Bu durum, aynı zamanda ölçümlerin daha az kesinlikli olması anlamına da geliyor. “Bu sadece ilk adım, önümüzdeki uzun yıllar boyunca gelişmeye devam edeceğiz,” diye ekliyor Hangst.
Gelecekteki buluşlar, antihidrojenin enerji seviyelerini daha yüksek kesinlikle ölçebilmek üzerine olacak. Bu enerji seviyelerini hidrojeninkiyle kıyaslayarak madde ve antimadde arasındaki fark çok daha iyi anlaşılabilir. Ve bu, evrenimizdeki en büyük bilmecelerden birine yanıt doğurabilir: “Neden buradayız?”
Teorik olarak Büyük Patlama eşit miktarda madde ve antimadde yaratmalıydı. Bu iki materyal temasa geçtikleri anda birbirini yokettiğinden, geride bomboş bir evren bırakarak kaybolmaları gerekirdi.
“Antimadde temel soru,” diyor Hangst. “Tüm başarımıza rağmen evrenin nasıl kurtulduğunu çözemiyoruz.”
Bilim insanları artık antimaddeyi hapsedip inceleyecek tekniklere sahip. ALPHA ekibi enerji seviyelerinin yanında, antimaddenin yerçekimiyle etkileşimini de incelemek istiyor.
Hangst, “doğru yerde doğru zamandayız ve bu işi nasıl yapacağımızı öğrendik,” diyor; “bu, birçok yeniliğe temel oluşturacak.”
Çeviren: Ceren Güzelgün
“Neden buradayız?”. Gerçekten öyle, neden buradayız? Bu merakımızı bir giderseler, evrenin oluşmadan öncesine de bir cevap bulabilirler.