Ana Sayfa arşiv Antimadde Aşağı mı Düşüyor, Yukarı mı Çıkıyor? Kesin Cevap Bulundu

Antimadde Aşağı mı Düşüyor, Yukarı mı Çıkıyor? Kesin Cevap Bulundu

0
Antimadde Aşağı mı Düşüyor, Yukarı mı Çıkıyor? Kesin Cevap Bulundu

Albert Einstein çıkmış olduğu günden beri kütleçekim hakkında bildiklerimize yön veren genel görelilik kuramını ortaya attığında, antimaddenin var bulunduğunu bilmiyordu. Bir asırdan uzun süre sonrasında bilim adamları, kütleçekimin anti maddeyi (içimizdeki ve etrafımızdaki parçacıkların yakalanması zor ayna versiyonları) iyi mi etkilediğini hâlâ tartışıyor. Öteki bir ifadeyle bir antimadde parçacığı aşağı doğru mu düşüyor yoksa yukarı doğru mu çıkıyor?

Fizikteki genel kanı, aşağı düşmesi gerektiği yönünde. Genel göreliliğin zayıf özdeşlik yasası olarak malum bir ilkesine gore kütleçekim, bir şeyin madde mi yoksa antimadde mi bulunduğunu umursamamalı. Küçük bir grup uzman ise antimaddenin yukarı çıkmasının, evrenimize hükmediyor olabilecek gizemli karanlık maddeyi açıklayabileceği görüşünde.

Şimdiyse parçacık fizikçileri, antimaddenin aşağı doğru düştüğünü gösteren ilk direkt bulguya ulaşmış durumda. CERN merkezli internasyonal bir araştırma ekibi olan Antihidrojen Lazer Fiziği Aygıtı (ALPHA) ortaklığı, kütleçekimin antimadde üstündeki tesirini ilk kez ölçmüş. ALPHA grubu, çalışmasını geçtiğimiz hafta Nature bülteninde yayımladı.

Evrendeki her parçacığın, özdeş kütle ve zıt elektrik yüküne haiz bir antimadde yansıması bulunuyor. Doğada gizlenen bu evirtik maddeler, onlarca senedir kozmik ışınlarda tespit edilip tıbbi görüntüleme faaliyetlerinde kullanılıyor. Fakat anlamlı oranda antimadde üretmek kolay değil şundan dolayı bir madde parçacığı ile onun zıttı karşılaştığında, ikisi de kendini yok edip saf enerjiye dönüşüyor. Bu yüzden antimaddenin, maddenin tümüyle dikkatli şekilde kuşatılması gerekiyor. Bu da antimaddeyi düşürmeyi yada herhangi bir halde kurcalamayı oldukça daha zor hale getiriyor.

Danimarka’daki Aarhus Üniversitesinde çalışan ve ALPHA grubunun üyesi olan fizikçi Jeffrey Hangst, “Antimaddeyle ilgili her şey zor” diyor. “Onunla çalışmak zorunda olmak asla güzel değil.”

Kütleçekimin de atomlar ve atom altı parçacıkların mikroskobik ölçeğinde son aşama zayıf olması, durumu daha da zorlaştıran bir öteki etmen. 1960’lı yıllarda fizikçiler öncelikle kütleçekimin pozitronlar yada anti elektronlar üstündeki tesirini ölçmeyi düşünmüşler. Bunlar, pozitif yerine negatif elektron yükü olan maddeler. Aynı elektrik yükü pozitronları küçük elektrik alanlarına karşı savunmasız hale getirirken, elektromanyetizma ise kütleçekim kuvvetini gölgede bırakıyor.

Bu sebeple kütleçekimin antimadde üstündeki tesirini doğru şekilde ölçmek isteyen araştırmacılar, etkisiz bir parçacığa gerekseme duymuş. Berkeley – California Üniversitesinde çalışan ve ALPHA grubunun bir öteki üyesi olan fizikçi Joel Fajans, kim bilir tek ufkun antihidrojen atomu bulunduğunu söylüyor.

Antihidrojen, anti periyodik tablonun ilk ve en temel elementi. Tıpkı standart hidrojen atomunun bir proton ve bir elektrondan oluşması şeklinde temel antihidrojen atomu da bir negatif yüklü antiprotondan ve yörüngede dönen bir pozitrondan meydana geliyor. Fizikçiler antihidrojen atomlarını daha hemen hemen 1990’larda oluşturmuşlar ve bazılarını 2010’a kadar hapsedip saklayamamışlar.

“Iyi mi yapacağımızı öğrenmemiz, sonrasında onu iyi mi tutacağımızı öğrenmemiz, sonrasında da onunla iyi mi etkileşim kuracağımızı öğrenmemiz gerekiyordu” diyor Hangst.

Bu engellerin üstesinden geldiklerinde, nihayet antihidrojenin özellikleri üstünde (kütleçekim altındaki davranışı şeklinde) emek harcama yapabilmişler. ALPHA grubu yeni yazı için, antihidrojenin zamanından ilkin yok olmaması amacıyla asla madde içermeyen dikey bir tüpün çevresinde dikey bir boşluk odası tasarlamış. Bilim adamları tüpün bir kısmını süperiletken bir manyetik “şişe” ile sararak, antihidrojeni kullanmaya gerekseme duyulana kadar yerinde tutan manyetik bir alan oluşturmuşlar.

Bu aparatı yapmak sonunda seneler sürmüş. “Kendimizi yaptığımız şeyi bildiğimize ikna etmek için asla anti madde kullanmadan bir tek manyetik alanı yüzlerce saat inceledik” diyor Hangst. Antihidrojeni tutacak kadar kuvvetli bir manyetik alan üretmek için aleti -452 aşama Fahrenhayt’ta soğuk tutmaları gerekmiş.

ALPHA grubu sonrasında manyetik alanı azaltarak, şişenin üstünü ve altını açıp bu antihidrojen atomlarını tüpün duvarlarına çarpana dek özgür bırakmış. Sonrasında bu atomik yok oluşların nerede gerçekleştiğini, antimaddenin tutulduğu konumun üstünde mi yoksa altında mı meydana geldiğini ölçmüşler. Atomların ortalama yüzde 80’i, kapanın birkaç santimetre altına düşmüş; doğrusu aynı düzenekteki bayağı bir hidrojen atomu bulutunun yapacağı şekilde. (Öteki yüzde 20 ise öylece fırlayıp gitmiş.)

“Deneyi yapmak oldukça eğlenceliydi” diyor Fajans. “İnsanlar bu probleme yüz senedir kafa yoruyordu… Artık kati bir cevabımız var.”

Dünya çapındaki öteki araştırmacılar şimdi bu sonucu tekrarlamaya çalışıyor. Bunlar içinde, gene antihidrojen atomlarına odaklanan öteki iki CERN ortağı GBAR ve AEgIS de var. ALPHA ekibi da elde etmiş olduğu sonucu daha güvenilir hale getirmek için kendi deneyini kurcalayıp kontrol etmeyi umut ediyor.

Mesela yazının yazarları, antihidrojen atomlarının kütleçekimle birlikte aşağı yönlü ne kadar hızlandığını hesapladıklarında, fizikçilerin bayağı hidrojen atomlarından bekledikleri hızın yüzde 75’ine ulaşmışlar. Fakat bu gözlemleri daha kati bir netice bulmak için tekrarladıklarında aradaki uyuşmazlığın kaybolacağını düşünüyorlar. Manchester Üniversitesinde çalışan ve ALPHA grubunun bir öteki üyesi olan William Bertsche, “Bu sayı ve belirsizlikler, aslına bakarsak deneyimizdeki kütleçekimin neye benzeyeceğiyle ilgili en iyi tahminimizle tutarlılık sergiliyor” diyor.

Fakat kütleçekimin maddeyi ve antimaddeyi değişik şekillerde etkilemesi de olası. Bu şekilde bir anormallik, zayıf özdeşlik yasasına (dolayısıyla tümüyle genel göreliliğe) kuşku düşürür.

Bu asli probleminin çözüme kavuşturulması, evrenin doğuşuyla ilgili daha çok cevaba da yol açabilir. Antimadde, fizikçilerin çözülmemiş en büyük gizemlerinden birinin merkezinde içeriyor. Fizik kanunlarımız açık halde büyük patlamanın eşit oranda madde ve antimadde oluşturması icap ettiğini buyuruyor. Eğer buysa, evrenimizin bu iki yarısı doğduktan kısa süre sonrasında kendilerini yok ederdi.

Sadece bunun yerine maddeyle dolu bir evren bulunduğunu ve onu dengeleyecek, fark edilebilir oranda antimadde bulunmadığını görüyoruz. Ya büyük patlama açıklanmamış oranda madde üretti ya da bilinmeyen bir şey meydana geldi. Bilim adamları bu kozmik bilmeceyi baryogenez problemi şeklinde adlandırıyor.

“Hidrojen ve antihidrojen içinde bulanacağınız herhangi bir farklılık, baryogenez probleminde son aşama mühim bir ipucu olacaktır” diyor Fajans.