TANRI PARÇACIĞI MI HİGGS BOZONU MU?

Yeni bir haftadan ve yeni bir yazıdan merhabalarrr. Yine kendimce en sevdiğim konulardan bir tanesi ile buradayım. 2012 yılında keşfedilen o güzel parçacık hakkında yazılan bu yazıdan keyif almanız dileğiyle 😇

HİGGS BOZONU

Resim 1

Kuantum fiziğinin Standart modelinde yer alan Higgs bozonu temel parçacıklardan biridir. Evrenimizin başlangıcı kabul edilen büyük patlamanın, (Big Bang) saniyenin milyonda biri kadar ertesinde ilk parçacıklar da etrafa saçıldı. Bu andaki fizik kurallarını bulmaya çalışan bilim insanlarına göre ilk çıkan parçacıklar kütlesiz ve saf enerjiliydi. Fakat bilinen başka bir gerçeğe göre de evrende var olan her şeyin bir kütlesi vardır. Adına ‘Tanrı parçacığı’ denilen, İsviçre’nin CERN laboratuvarında yapılan deneylerle varlığı kanıtlanan Higgs bozonu, kütleleri olmayan atomlara kütle kazandıran Higgs alanının temel parçacığıdır, yani hiçliğe kütle vermektedir. İlk olarak 1960’larda varlığı öne sürülen bu parçacığın kesin olarak varlığı 2012 yılında CERN’de kanıtlandı. Standart model ile Higgs parçacığı arasında ne gibi bir bağlantı olduğunu merak ediyor olabilirsiniz. Bağlantı şuradan geliyor;

Resim 2

Doğada ki dört temel kuvvetten üçünü (elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet, yeğin kuvvet) bir başlık altında toplayıp birleştiren modele Standart model denir. Her ne kadar eksiklikleri olduğu düşünülse de standart model bugün pek çok fiziksel olguyu başarıyla açıklıyor. Ama kuram ilk yıllarında pek çok zorlukla karşı karşıya kalmıştır. Özellikle elektromanyetik etkileşim ve zayıf etkileşimi bir araya getirme çabaları hep aynı noktada tıkanıyordu. Elektro-zayıf kuramın arzu edilen simetrilere sahip olabilmesi için ya kütleli olduğu bilinen pek çok parçacığın kütlesiz olması ya da var olmayan kuvvetlerin ve kütlesiz parçacıkların kurama eklenmesi gerekiyordu. Bu önemli sorundan kurtulmak için Nobel ödüllü bilim insanı Yoichiro Nambu’nun simetri kırılması üzerine yaptığı çalışmalar kullanıldı.  Araştırmacılara göre bugün Higgs alanı olarak anılan bir alan tüm uzayı kaplıyor ve çeşitli temel parçacıkların kütle kazanmasına sebep oluyordu. Bu olayı takip eden yıllarda kuram üzerine çalışıldı ve geliştirildi. Deneysel olarak ispatlanması günümüz teknolojisiyle imkânsız olsa da  fiziksel olguları tahmin etme konusundaki başarısı kuramın doğru olduğunu düşündürüyordu.

Nitekim Higgs alanının varlığını ispatlamanın başka bir yolu vardı. Bu alanda kaynaklanan ve bu alanın temel parçacığı olan Higgs bozonunun bulunması idi. Ancak zorluklar burada da bitmiyordu. Spini ve elektrik yükü olmayan bu bozonun çok çabuk bozunmasından dolayı detektörlerce algılanamıyordu. Ve ayrıca Higgs bozonunun kütlesi standart model tarafından hangi aralıkta olduğu belirtilmediği için hangi enerji aralıklarına bakarak tahmin yürütülmesi gerektiği de bilinmiyordu. Tüm bu zorluklar sebebiyle Higgs bozonunun varlığının doğrulanması ancak yıllar süren çalışmalar sonucunda mümkün oldu. Araştırmacılar 2012 yılında kütlesi yaklaşık 125 GeV/c² olan bir parçacık gözlemlediklerini ve detaylı analizlerin bu parçacığın bir Higgs bozonu olduğunu gösterdiğini açıkladı. İşte o aranılan parçacık bulunmuş oldu.

Resim 3

NEDEN TANRI PARÇACIĞI İSMİ KULLANILDI?

Popüler kültürde yerini almadan önce, bir türlü bulunamadığı için bilim adamları tarafından "Lanet Olası Parçacık" (God Damn Particle) olarak isimlendirilen; fakat daha sonra argo içerikli olmasından dolayı ve “Tanrı parçacığı” tanımı mistik anlamda daha fazla merak uyandırdığı için, gazetelerde ve televizyonlarda bu isimle anılmaya başlandı. Fakat bu, bilim adamlarının en sevmediği ve yanlış bulduğu bir tanım. Yani aslında ona tanrı parçacığı diyenler gazeteciler. Bulunan bu bozona bilim adamları Higgs bozonu diyorlar.

HİGGS ALANI TAM OLARAK NEDİR?

Big bang’den hemen sonra Higgs alanı sıfırdı, ancak evren soğuyup  ve sıcaklık kritik değerin altına düştüğünde bu alan aniden ortaya çıkarak  bu alanla etkilesen parçacıkların bir kütleye sahip olmasını gerektirdi.  Bu alanla daha fazla etkileşen parçacıklar daha büyük bir kütleye sahiptirler. Foton gibi bu alanla hiç etkileşmeyen parçacıklar ise kütlesizdirler. Bütün temel alanlar gibi Higgs alanı da, kendisi ile ilişkili bir parçacığa sahiptir. Bu parçacık Higgs bozonudur. Burada ki asıl soru büyük patlamanın ilk anından çok kısa süre sonra Higgs alanı neden bir anda ortaya çıktı ve parçacıklara kütle kazandırmaya başladı? İşte henüz bunun için kesin bir cevap yok. Nedensellik açısından baktığımızda evrenimiz de makro ölçekte sebepsiz hiçbir şey olagelmezken mikro ölçekte parçacıklar bir nedene her zaman ihtiyaç duymuyorlar.

Higgs alanını insanlara daha kolay anlatmak için kullanılan bir analoji vardır. En bilindik olan açıklama yöntemi budur. 

Resim 4

"Higgs alanı dediğimiz şey, bütün evrenin sahip olduğu tüm alanı ifade ediyor. Bu analojide de bir odayı dolduran tüm insanlar Higgs alanı olarak tarif edilebilir.

"Yine analojiye göre odaya ünlü bir kişi giriyor ve odadaki insanlar bu ünlü kişinin etrafını sarıyorlar. Bu ünlü kişinin odaya girdiği andan itibaren insanların etrafını sarmasından ötürü yürümesi zorlaşıyor ve sarf ettiği enerji de artıyor. Ünlü kişinin bu odada yürüyebilmesi etrafını saran insanlarla birlikte geliştiği için ünlü kişinin çok fazla enerji harcaması gerekiyor. Fakat tam o sırada odaya yeni giren bir kişinin bu oda içerisinde yürümesi daha kolay oluyor."

"Fakat bazen insanlar arasında yayılan bir dedikodu bile tüm insanları küçük bir alanda toplayarak o alanın etrafında bir kümelenme oluşturabiliyor. Yani odaya ünlü biri girmese dahi buna dair yayılacak bir dedikodu ünlü bir kişinin odada olmasıyla eş değer etkiyi yaratabiliyor."

"İşte Higgs Bozonu da evrendeki bu alan içerisinde ortaya çıkan uyarılmalar sonucunda bazı parçacıkların tek bir yerde kümelenmiş halini ifade ediyor. Tıpkı bir oda içerisindeki insanlar arasında yayılan dedikodu sonucunda tüm insanların küçük bir alanda toplanması ve diğer alanların boş bir hale gelmesi gibi."

HİGGS BOZONUNUN ÖNEMİ NEDİR?

Resim 5

Evrenin başlangıcında bozonlar olmasa ya da farklı bir şekilde ortaya çıksalardı, belki de yıldızlar, gezegenler, galaksiler ve dolayısıyla yaşam oluşmayacaktı. Çünkü bozonlar dört temel kuvvetin taşıyıcıları olmak gibi çok kıymetli bir görevi üstleniyorlar.  Atom ve parçacıklara kütle kazandırması haricinde Higgs bozonunun asıl önemi, evrenin oluşumunda rolü olan atom altı parçacığının açıklandığı standart modelin anlaşılmasında büyük önem taşıyor olmasıdır. Higgs bozonu bulunmadan, maddenin neden kütleye sahip olduğunu anlamak mümkün olmayacaktı.

Evrenin başlangıç koşullarında bir 'süper simetri' olduğuna inanılıyor. Bu simetri bir biçimde ve Higgs'in de katkısıyla bozuldu, bu sayede evren ve bizler var olabildik. Higgs bozonu olmasaydı, o zaman bizim evrendeki varlığımızı açıklayacak, parçacıkların neden ve nasıl kütle sahibi olduğuna herkesi ikna edip kanıtlanabilecek yeni bir teoriye ihtiyacımız olacaktı.

SONUÇ

Birçok  bilim insani Higgs bozonun Standart Model’in açıklayamadığı  konuları   anlamamıza yardımcı olacağını ümit etmektedir. Standart Model bilinen atom altı parçacıkların özelliklerini ortaya koyabilmesine rağmen, yer çekimi, evrenin genişlemesi ve evrendeki karşı-madde varlığının madde varlığından çok daha  az olması gibi konuları açıklayamamaktadır. Fizikçiler Higgs bozonunu kullanarak bu konulara açıklık getirmeyi ümit etmektedirler.  Bilim insanları özellikle, Higgs bozonun kara madde ile etkileşebileceğini ümit etmektedirler.

Bilimde her şey çok hızlı değişip yenilenebiliyor. Bu yüzden takipte kalmak kadar takip ettiklerimize saplantılı derecede bağlı kalmamakta önemli. Sevgiyle ve bilimle kalın.

Hoşçakalın💙