Hayalet Parçacık Avcıları Eli Boş Döndü

Son birkaç gün fizikçiler için oldukça sıkıntı vericiydi. Geçtiğimiz haftanın sonlarında Büyük Hadron Çarpıştırıcısı bilim insanları umutla beklenen yeni parçacığa ait bir işaretin bulunamadığını açıkladılar. Ardından hayalet parçacıklara ait yeni bir çeşni (İng. flavor ya da flavour: Parçacık fiziğinde parçacıkların alt parçacıklarına verilen isim) bulmak için çalışmalar yapan nötrino avcıları da başarısız olduklarını duyurdular.

Söz konusu parçacıklar aslında birer fikirden ibaret ama eğer keşfedilmiş olsalardı fizik dünyasına yepyeni bir yön kazandıracaklardı, ki buna da şiddetle ihtiyaçları vardı. Fakat bilim insanları nerede garip bir şey bulma umuduyla yola koyuldularsa hep çabaları boşa çıktı.

Hafta başlarında IceCube Nötrino Gözlemevi (IceCube Neutrino Observatory) fizikçileri steril nötrinonun varlığı hakkında kanıt arama çabalarının sonuçsuz kaldığını bildirdiler. Tam bir hayal kırıklığı! Ama önce konuyu daha açık kılmak adına bu parçacıkların ne olduğuna bir göz atmakta fayda var.

Nötrinolar elektronlar veya kuarklar gibi atomaltı parçacıkların bir çeşidi, ama özellikle insanlara kendini pek göstermeyenlerden. Yeryüzünden, vücudunuzdan ve diğer her şeyin içerisinden neredeyse tamamen etkileşimsiz geçmeleri sebebiyle farkına varmak mümkün olmayabilir bile. Bu nötrinoların trilyonlarcası şu anda sizin içinizden geçip gitmekte. Kütlelerinin neredeyse hiç olmaması onların yakalanarak gözlemlenmesini çok zor kılıyor, fakat fizikçiler yaşadığımız evrenin neden var olduğunu anlamak için nötrinoları yakalamak adına her yolu deniyorlar. Her nasılsa zamanın başlamasından kısa bir süre sonra, madde ve anti-madde eşit olmayan bir şekilde bölündüler. Süreç şu anda yaşadığımız madde evreninin daha fazla yer kaplamasına doğru ilerlemiş oldu. Bazı teorisyenler, bu duruma, nötrinoların oynadığı rolün sebep olabileceğini düşünüyor.

Bilinen nötrinolar, Lepton temel parçacık ailesine ait olan ve üst satırlarda tanımını yaptığımız çeşni adı verilen muon, elektron ve tau alt parçacıklarının nötrinoları olmak üzere üç çeşittir. Fakat Hong Kong’daki Daya Bay Nükleer Reaktörü’nde ve Los Alamos (ABD) Ulusal Laboratuvarı’nda gerçekleştirilen birkaç deney, dördüncü bir nötrinonun da olabileceği konusunda ipuçları verdi. Bu nötrinoya “steril nötrino” adı verildi. Steril nötrino maddeyle hiçbir etkileşime girmiyor ama diğerlerinden farklı olarak belki yer çekimiyle etkileşime giriyor olabilir. Eğer steril nötrino varsa, karanlık madde ve muhtemelen diğer bütün kozmik konularla ilgili cevapsız sorular da kısmen cevaba kavuşabilir.

IceCube Nötrino Gözlemevinin baş araştırmacısı Francis Halzen’in de bir açıklamasında belirttiği üzere: “Elvis gibi, insanlar steril nötrinoların her yerde olduğuna dair bir çok ipucu görüyorlar. Buralarda bu ipuçlarının bir koleksiyonu duruyor ve teorisyenler bunun varlığına ikna olmuş durumda.”

Dünyanın ilk nötrino gözlemi 13 Kasım 1970’ te Hidrojen Baloncuk Odası (Hydrogen Bubble Chamber) deneylerinde gerçekleşti. Resimde (sağda) görünmeyen nötrino bir protonla çarpıştırılıyor ve üç adet iz oluşturuyor. Ortadaki uzun iz nötrinonun Muon’a dönüşmesini gösteriyor. Kısa iz proton. Üçüncü iz ise çarpışma sonucunda ortaya çıkan pi mezonu.

Şu anda görünen o ki dördüncü nötrino yok. Ancak bilim insanları bunu nasıl söyler? Düşünün, eğer steril nötrino hiçbir şeyle etkileşime girmiyorsa, onu nasıl yakalayabilirsiniz?

IceCube, Güney Kutbu’nda yerin yaklaşık 1600 metre aşağısına gömdüğü ve berrak Antarktika buzunun  içerisinde, donmuş 5160 adet ışık algılayıcı sensör yardımıyla nötrinoların izini sürüyor. Bu sensörler nötrinoların atom çekirdeğine çarptığı anda yaydıkları çok kısa süren mavi ışığı arıyorlar. Bunu nötrino teleskopu olarak da düşünebiliriz. Diğer teleskopların aksine bu gözlemevi gökyüzünü değil, yeryüzünü filtre olarak kullanıp doğruca gezegeni delip geçen nötrinoları izleyen bir teleskop.

Steril nötrinoları yakalamak için nötrinoların tümünün diğer garip özelliklerini avantaj olarak kullanmamız da gerekebilir: Evrendeki seyahatleri boyunca kendi çeşnileri arasında şekil değiştirme özelliğine sahipler (Bu titreşim antimadde ile madde arasındaki asimetrinin anlaşılmasına katkıda bulunabilecek etkenlerden biri). Varsayımsal olarak, steril nötrinoyu şekil değiştirip başka bir çeşni olurken yakalayabilirsiniz.

Yıllar boyu süren değerli verilerin analizinin ardından, bilim insanları bu konuyla ilgili hiçbir kanıt bulamadılar. Bu durum evrenin en küçük yapıtaşlarının temelini atan parçacıkların ve kuvvetlerin Standart Model’i için gerçekten güzel bir haber. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın inşa edilme sebebi olan Higgs Bozonu’nun keşfi ile şu ana kadar tahmin edilen her şey gerçekleştirilmiş durumda ve dördüncü bir nötrino için Standart Model’in boş odası bulunmamakta.

Fakat Standart Model’in kurallarının delinmesi aslında iyi bir şey de olabilir. Karanlık maddenin ne olduğu, evrenin neden hiçbir şey yerine bir şeylerden oluştuğu gibi hala anlayamadığımız sorulara cevap alabilmek için steril nötrinonun bulunması fizikçileri yeni fikirler ortaya sürmek adına cesaretlendirebilir. Bu yeni fikirler elektromanyetik, zayıf ve güçlü kuvvetleri bağlayan büyük birleşim kuramını da bir adım öne taşıyabilir.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın geçen haftalarda olası bir mega parçacık fark etmesi fizikçileri yine heyecanlandırmaya yetti. Bir çok keşfedilmeyi bekleyen parçacık gibi belki bu parçacığın da sözü edilen büyük sorularla yakından ilgisi vardı. Ne bu mega parçacığın ne de çabucak yok olup giden nötrinoların bulunması bizim hala karanlıkta bulunduğumuz gerçeğini değiştirmiyor.


Batuhan Şahin

 

Bunları da okumak isteyebilirsiniz...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir