Cern Deneyi ve Tanrı Parçacığı

Matematik Fizik Kimya Biyoloji Formül Teori

Kütlesiz bir cisim birçoğumuz için o kadar dü-şünülemezdir ki, kütlenin nasıl kazanıldığı sorunu çok temel bir fiziksel gerçeklikle ilgili ol-masına rağmen, herhalde birçoğumuzun aklından bile geçmemiştir. Nitekim 20. yüzyıldan önce fizi-ğin birçok dev isminin de bu sorunu gündeme bile getirmemiş olmaları herhalde böylesi bir durumdan kaynaklanmaktadır. Kütle, harekete karşı dirençtir ve kütle olmasaydı bütün her şey, kütlesiz fotonlar gibi ışık hızında savrulurdu. Böylesi bir evrende ise ne yıldızlar ne dünyamız ne de biz var olabilirdik. Ancak 20. yüzyılda, parçacıkların nasıl kütle kazan-dığı ve bununla ilgili diğer sorular fizikçilerin önemli bir gündem maddesine dönüştü. Higgs, çalışmala-rıyla, temel parçacıkların nasıl kütle kazandıkları ve bu konuyla ilgili birçok sorun için oldukça başarılı matematiksel bir model önerdi. Bu modelin başarılı uygulamaları modele güveni arttırdı. Örneğin No-bel Ödülü’nü kazandıkları ve Higgs Mekanizması’nı kullandıkları çalışmalarında Abdus Selam ve Steven Weinberg, evrendeki dört temel kuvvetten ikisini; elektromanyetik kuvvet ve zayıf nükleer kuvveti bir-leştirmek (bu bileşik kuvvet “elektro-zayıf kuvvet” olarak anılır.) gibi önemli bir başarıya imza attılar.

Bilim tarihini incelediğimiz zaman, birçok önemli keşfin önce teorik olarak ortaya konduğunu daha sonra gözlemsel kanıtın elde edildiğini görmekte-yiz. Kimi zaman evrenin genişlemesinin anlaşılma-sında olduğu gibi, önceden ortaya konmuş teoriden bağımsız olarak hareket eden bilim insanları göz-lemi gerçekleştirirler. Örneğin Edwin Hubble, evre-nin genişlediğini gözlemlediğinde Georges Lemaitre ve Alexander Friedmann’ın teorik bulgularını bir ça-lışma çerçevesi olarak benimsememişti.4 Kimi za-man da kozmik fon radyasyonunun bulunmasında olduğu gibi, önceden ortaya konmuş teoriye bağımlı hareket eden bilim insanları araştırma yaparken, baş-kaları tesadüfen buluşu yaparlar, fakat ne buldukla-rını anlamaları önceki teorinin yardımıyla mümkün olur. Örneğin Robert Dicke ve arkadaşları, önceden George Gamow ve arkadaşlarının teorik olarak ge-rekliliğini ortaya koydukları kozmik fon radyasyo-nunu ararlarken; bu radyasyonu gözlemek ve No-bel Ödülü’nü almak, bahsedilen radyasyonu başka bir konuda çalışırken rastlantısal bir şekilde bulan

Arno Penzias ve Robert Wilson’a nasip oldu (önce-den bu radyasyon teorik olarak bilinmeseydi muh-temelen neyi bulduklarını anlayamayacaklardı).5 Ba-zen deneysel ve gözlemsel süreç, tamamen önceden ortaya konan teorinin rehberliği doğrultusunda yü-rütülür ve teori deneysel olarak doğrulanır. Standart modeldeki birçok parçacığın keşfi, örneğin 1995’te “top kuark”ın keşfi, böylesi bir sürece örnektir.6 Higgs Bozonu’nun keşfi de böylesi bir sürece örnektir. Za-ten Higgs Bozonu’na özel tasarlanan ve çok yüksek teknolojiyle pahalı deneysel şartları gerektiren bu süreç incelendiğinde, teoriden bağımsız ve rastlan-tısal bir süreçle bu parçacığın bulunmasının müm-kün olmadığı görülecektir.

Higgs Alanı, evrenin her yerinde mevcut olan bir alanı ifade etmektedir; balıkların kendilerini yaşa-tan suyun farkında olmadan suda yüzdükleri gibi, biz de kütlemizin sebebi bu alanın farkında olma-dan yaşamaktayız. Anlaşılmayı kolaylaştırmak kas-tıyla sıkça verilen örneklere benzer bir örnekle Higgs Alanı’nın ne olduğunu anlatmaya çalışalım: Belli bir alandaki kalabalığı Higgs Alanı gibi düşünebiliriz. Bu alandan çok ünlü bir şarkıcının, daha az ünlü bir şarkıcının ve hiç kimsenin tanımadığı bir kişinin geçmeye çalıştığını hayal edelim: Bu alandan geçer-ken çok ünlü şarkıcı, etrafına toplanan yoğun kala-balık sebebiyle en zor hareket eden kişi olacakken (kütlenin harekete karşı direnç olduğunu hatırlaya-lım), daha az ünlü şarkıcı, ilkinden daha az zorlansa da, onun da hareketini etrafına toplananlar engel-leyecektir, hiç kimseyle temas etmeyen son kişi ise ortamdan hiç hız kesmeden geçebilecektir. Benzer şekilde fotonlar Higgs Alanı ile hiç etkileşime gir-medikleri için mümkün olan en yüksek hız olan ışık hızında hareket ederken, top kuark ise bu etki-leşimin sonucunda eşi bottom kuark’ın 40 katına yakın kütleye sahip olmaktadır. Bazen ise bahset-tiğimiz kalabalık, kendi içinde toplanıp sohbet et-mek suretiyle bir yerde kümelenebilir; bu ise ana-lojimizde Higgs Alanı’nın Higgs Parçacığı olarak gözlenmesine karşılık gelmektedir.

Higgs Parçacığı’nın gözlemlenmesini 48 yıl erte-leten sebep, bu parçacığın bulunması için çok yük-sek enerji değerlerine çıkılmasının gerekliliği oldu. Higgs Parçacığı’nın kütlesi, bir protonun kütlesinin yüz katından daha büyük olduğu için çok yüksek enerji değerlerine çıkılması gerekiyordu; bu değer-lere çıkıldığında ise bu parçacık saniyenin çok küçük dilimlerinde görünüp hemen kayboluyordu. Bu ise çok yüksek teknoloji, çok geniş ve sofistike bir ekip çalışmasının yanında milyarlarca dolarla ifade edilen çok yüksek bir bütçeyi ve çok büyük bir par-çacık hızlandırıcı makineyi de gerektiriyordu. İs-viçre-Fransa sınırında CERN’de (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) inşa edilen, yüzlerce metre yer altında ve 17 mil uzunluktaki, insanlık tarihinin en büyük ve en pahalı makinesi olan Büyük Had-ron Çarpıştırıcısı gibi bir makine olmadan Higgs Parçacığı’nın gözlemlenmesi mümkün olamazdı.7 Burada, binlerce mıknatıslı bir sistemin yardımıyla, çok yüksek hızlarda, saniyede yüz milyonlarca pro-ton çarpıştırıldı ve çok özel tekniklerle bu çarpış-maların sonucu gözlendi (Higgs çok hızlı bir şekilde gözüküp kaybolduğu için ancak çok özel teknikler ve bıraktığı izlerle gözlemlenebildi). CMS ve Atlas adında iki grup birbirlerinden bağımsız olarak çalış-malarını yürüttü ve ikisi de 2012’de Higgs’i bulduk-larını açıkladılar. Higgs aranırken, bu alanla-parça-cıkla ilgili zaten yapılan felsefi ve teolojik tartışmalar, bu açıklamayla zirveye ulaştı.

Caner Taslaman