ANTİMADDE NE DEĞİLDİR
Antimaddenin ne olduğunu detaylı anlatmadan önce, ne olmadığı hakkında bilgi
vererek yanlış bilgileri arındırmak istiyoruz.
Karanlık Madde
Evrendeki kütlenin yaklaşık olarak %84,5’ini oluşturan ancak dolaylı yollar
haricinde (etkileri) henüz gözlemleyemedimiz ve karanlık madde olarak
isimlendirdiğimiz hipotez madde, antimadde değildir.
Karanlık Enerji
Evrenin genişlemesinden sorumlu bir hipotez olarak kabul edilen ancak doğrudan
gözlemi henüz yapılamayan karanlık enerjinin antimadde ile bir ilgisi yoktur.
Negatif Kütle
Antimadde negatif kütleye sahip değildir: Bildiğimiz anlamdaki madde, diğer
maddeleri kendisine doğru çeken bir kütleçekimi oluştururken, antimadde iter
fikri tamamen yanlıştır. Antimadde ters elektrik yüküne sahiptir evet ama,
kütleçekimi yük taşımaz. Bu nedenle normal parçacıklar ve anti-parçacıklar
aynı çeşit kütleye sahiplerdir.
Bir hipotez olarak Negatif kütleli egzotik madde çeşitleri, 0.0 kilogramdan
daha az kütleye sahiplerdir ve quantum mekaniklerinde sadece bazı genel
görelilik teorilerini ihlal ederek varlıkları mümkün olabilir. Neyse ki
imkansızı zorlayan bilim insanları var. Negatif kütleye sahip maddenin mümkün
olabileceği hal ve durumlar ile ilgili orjinal bir araştırma yazısı aşağıda ki
linkte meraklılarını beklemekte. http://arxiv.org/pdf/1407.1457v2.pdf
Negatif Enerji
Antimadde negatif enerjiye sahip değildir: Negatif enerji olarak tabi edilen
sıfır enerji seviyesinden düşük negatif enerji durumları, sadece belli quantum
sistemlerinde geçerlidir. Antimadde, normal madde gibi pozitif enerji
değerlerine sahiptir sadece elektrik yükü ve dönüş hareketi yönlerinde
farklılıklar içerir.
Bilimkurgu
Antimadde bilimkurgu değildir, yeteri kadar üretimini yapabileceğimiz ucuz
metotlar geliştirebilirsek bir gün sanayinin ve enerji üretiminin belkemiğini
oluşturabilir. Şu anda birçok deneyde ve cihazda antiparçacık ve antimadde
türevleri kullanılmaktadır.
ANTİMADDE NEDİR
Sıradan madde ile aynı kütleye sahip ancak farklı elektrik yükü, farklı lepton
& baryon sayısı ve farklı quantum spin yönüne sahip antiparçacıklardan oluşmuş
materyale antimadde denir.
Kısa Bilgi: Parçacık fiziğiyle ilgili terimler kullanmaya başladığımıza
göre bazı temel terimlerle ilgili bilgi verelim.
SPIN: Spin bir yönü ve değeri olan, neredeyse bütün atomaltı
parçacıkların sahip olduğu bir momentumdur. Higgs Bozonu ve bazı kuramsal
parçacıklar hariç, bütün parçacıklar spin sahibidir.
HADRON: CERN’deki ünlü “Large Hadron Collidor” parçacık
hızlandırıcısına ismini veren Hadronlar, quarklardan oluşan ve güçlü nükleer
kuvvet ile bir arada tutulan stabil proton, nötron (Baryonlar) ve stabil
olmayan birçok parçacığı (Mesonlar) kapsayan bir ailedir
MESON: Yüksek enerjili çarpışmalarda ortaya çıkan Hadron sınıfından
olan, çok kısa ömürlü parçacıklardır. Mesonlar, bir quark ve bir anti quarktan
oluşurlar.
BARYON: 3 Quarktan oluşan Hadron sınıfı parçacıklardır. Ünlü proton ve
nötronlar birer baryon türüdür. Bilinen evrende, gözlemlediğimiz kadarıyla
baryonik madde hakimdir.
LEPTON: Elektron benzeri parçacıkları içeren bir parçacık ailesidir.
Elektronlar, Elektron Nötrinoları, Muonlar, Muon Nötrinoları, Taular ve Tau
Nötrinoları lepton ailesini oluşturur.
QUARK: Hadronların yapı taşı olan quarklar, asla doğrudan gözlemlenemez
ya da izole halde bulunamazlar. Sadece Baryon ve Meson denen Hadron sınıfı
parçacıklarda bulunurlar. Elektrik yükü, kütle, renk ve dönüş gibi özellikler
quarklardan gelir. Bunlar böyle özellikler taşıyan küçük toplar yerine,
matematiksel özellik noktaları olarak düşünülmelidirler. Quarkların
oluşturduğu daha büyük parçacıklar içerisindeki quarklar, parçacığın ne
olacağını belirler. Quarklar kendi aralarında da 6 tipe ayrılır. Bunlar Up
(Yukarı), Down (Aşağı), Strange (Acayip), Charm (Tılsım), Top (Üst), Bottom
(Alt) olarak isimlendirilir. Up ve Down Quarklar evrende en çok bulunan
oldukça stabil ve düşük kütleli parçacıklardır. Diğer Quark çeşitleri; kozmik
ışın çarpışmaları ya da parçacık hızlandırıcılar gibi yüksek enerjili
çarpışmalarda oluşup, hızlı şekilde “parçacık bozunumu” geçirerek düşük
kütleli Up ve Down quarklara bozunurlar.
“FORCE CARRIER” PARÇACIKLAR: Parçacıklar arasında “Field (Alan)” denen
güçleri taşıyan parçacıklardır. Fotonlar elektromanyetizmayı taşır, Gluonlar
güçlü nükleer kuvveti, W ve Z bosonları zayıf nükleer kuvveti ve kuramsal
Gravitonlar kütleçekimini taşıyan diğer parçacıklardır.
ANTİQUARKLAR: Antimadde ve dolayısıyla antiparçacıkların temel yapı
taşları olan quarklar normal quarklara oldukça benzer ve tahmin edebileceğiniz
gibi tek farkları eşdeğerlerinin tersi özelliklere sahip olmalarıdır.
FERMİON VE BOSON SINIFLANDIRMALARI: Bosonlar yukarıda anlattığımız
Mesonların ve force carrier parçacıklar denen parçacıkların bulunduğu ailedir.
Spin denen momentumları tam sayılar ile ifade edilir (+1, +2). Fermionlar ise
yukarıda geçen Lepton, Quark ve Baryonları kapsayan ailedir. Quantum spinleri
tam sayı değildir, 1/2 olarak ifade edilirler.
Yazımıza devam edelim;
Maddeyi oluşturan atomun çekirdeğinde; nükleüs (nucleus) dediğimiz pozitif
yüklü proton(lar) ve yüksüz nötron(lar) bulunur. Nükleüs çevresinde ise
negatif yüklü elektron veya elektronlar, sahip oldukları enerjiye göre çeşitli
yörüngelerde yer alırlar.
Antimaddede ise antiprotonlar negatif yüklüdür, pozitron denen antielektronlar
ise pozitif yüklüdür. Evrenimiz bizim için normal olan maddenin
hakimiyetindedir. Eser miktarda antimadde evrende gözlense bile, Big Bang
(Büyük Patlama) ile ortaya çıkmış olması gereken miktardan çok çok azdır. Big
Bang teorilerine göre, antimadde ve madde eşit miktarda oluşmuş olmalıydı.
BARYON ASİMETRİSİ
Çoğunlukla çevremizdeki her şeyi oluşturan Baryonik madde gözlemlenebilir
evrende bu kadar ağırlıktayken, eser miktardaki antimaddeyi oluşturan
antibaryonlar ile ciddi bir eşitsizlik vardır.
Genel kabul gören kanıya göre; Big Bang’de parçacıkların ve antiparçacıkların
eşit miktarda oluşmuş olması ve bunun sonucunda da bütün parçacıkların
birbirlerini imha ederek evreni bütün maddelerden arınmış bir radyasyon denizi
olarak bırakmaları gerekirdi. Ancak Baryogenessis olarak isimlendirilen, henüz
hipotez olarak kabul edilen bir aşamada normal quark ve leptonlar, antiquark
ve antileptonlara baskın gelerek antiparçacıkların sayısını bugünkü evreni
oluşturacak şekilde azalttılar. Çeşitli hipotezler bu asimetriye farklı
açıklamalar getirse de CP simetrisi ihlali denen açıklama en kabul görenidir.
Kısa Bilgi:
Evrende antimadde yerine neden maddenin baskın olduğu yada Büyük Patlama’dan
sonra neden bütün herşeyin birbirini yok etmediğini anlatabilmek için CPT
teoreminden bahsetmemiz gerekiyor.
CPT simetrisi: C (Charge / Yük), P (Parity – Spatial Configuration /
Uzaysal konum), T (Time / +Zaman) simetrileri anlamına gelir.
Maddenin herhangi bir özelliği bu simetriler yönünden bir değişim geçirdiğinde
“aynadaki yansıması” gibi tersi bir hal almalıdır. Yani madde yük simetrisi
yönünden tersinme geçirdiğinde antimadde olur. Uzaysal konumu tersinme
geçirdiğinde x, y, z düzlemlerindeki konumu -x, -y, -z düzlemlerinde olur,
kısaca aynadaki görüntüsü benzer. Zaman simetrisinde bir tersinme ise temel
olarak “t” değerinin “-t” olmasıdır. Zaman akışının tersine işlemesi anlamına
gelir ve tabiki gözlemlenebilir evrende böyle birşey gerçekleşmediği için
şimdilik makro seviyede zaman asimetrik diyebiliriz.
Sözün özü C ve P simetrilerine göre antimadde normal maddenin aynadaki bir
yansıması gibi olmalıdır, bütün herşey tersi yönde işlemelidir. Ama pratikte
bu gerçek değildir, antimadde tam anlamıyla maddenin yansıması gibi değildir.
Buna CP violation (ihlal) denir.
CP İhlali: CP simetrileri yükü ve uzaydaki konumu tersine dönen bir
madde için fizik kanunlarının aynı kalması gerektiğini söyler ancak, bunun
doğru olmadığı ortaya çıktı. Bir meson türü olan nötr Kaon parçacıklarının
positron ve elektron bozunumları arasındaki eşitsizlik (pozitron bozunumunun
daha fazla olması) bir CP ihlalidir. Bu ve benzeri bazı parçacıklarda
eşitsizlikler, maddenin nasıl antimaddeye baskın geldiğini açıklamakta
kullanılabilir.
ANTİPARÇACIKLARIN KEŞFİ
Antimadde terimi ilk olarak ingiliz fizikçi Sir Arthur Schuster tarafından
1898’de Nature dergisi için kaleme alınan bir makalede geçmektedir. Schuster
atomların zıt özelliklere sahip eşdeğerleri olabileceğini, normal madde ile
birbirlerini iteceklerini, hatta anti atomlardan yıldız sistemleri
olabileceğini öne sürmüştür. Öne sürdüğü bu hipotez, eksiklerine rağmen
bugünkü antimadde anlayışımızın temelini oluşturmuştur.
Ünlü devrimsel Dirac Denklemi…
Modern antimadde teorisi Paul Dirac tarafından 1928’de yazıldı. Dirac, Dirac
Denklemi adı verilen teorisi ile quantum mekaniklerini (atomaltı dünyası),
Einstein’ın özel göreliliği (çok büyük şeylerin dünyası) ile birleştirdi.
Denklemi aynı zamanda hem elektronlar, hem de elektronların pozitif yüklü
versiyonları (pozitronlar) ile geçerli bir şekilde çalışıyordu. Yani denklem
pozitronları öngörüyordu. Böylece bütün parçacıkların karşıt yüklü bir
antiparçacığı olabileceği ve antiparçacıkların bir araya gelerek antiatomlar
ve antimadde oluşturabileceği hipotezi ortaya çıktı.
Dirac denklemi, aynı zamanda daha önce asla gözlemlenmemiş birşeyi öngören ilk
denklem ünvanını da taşıyarak Dirac’a 31 yaşında Nobel ödülü kazandırdı.
Pozitron:
Doğada radyoaktif elementlerin beta bozunumları ve kozmik ışınların
atmosferimize çarpışı sonucu ortaya çıkan pozitronları ilk gözlemleyen bilim
insanları şunlardır: Sovyet fizikçisi Dmitri Skobeltsyn, 1929’da Wilson
çemberi denen bir cihaz ile (kapalı bir ortamda süper doymuş su veya alkol
buharı içeren parçacık dedektörü), kozmik ışınlardan kaynaklanan gamma
radyasyonunu tespit etmeye çalışırken, elektronlar gibi hareket eden ancak
manyetik bir alanda elektronların izleyeceği yolun tersini izleyen parçacıklar
keşfetmişti. Aynı sene Çinli fizikçi Chung-Yao Chang da benzer bir gözlem
yaparak elektron benzeri pozitif yüklü parçacıklar tespit etmişti. Ancak
araştırmalarını bu konuda sürdürmedi.
1932’de Amerikalı fizikçi Carl D. Anderson benzer yöntemler ile bu parçacığı
gözlemleyip tanımlayan ve araştırmalarını bu yönde sürdüren bir diğer bilim
insanıdır. Anderson, elektronun tersi yüklü bu parçacığın tam tanımını yaparak
Nobel ödülü kazanmıştır.
Pozitron, günümüzde beta bozunumlarının yanı sıra, parçacık hızlandırıcılarda
ve Lawrance Livermore ulusal laboratuvarında yeni bir yöntem olan milimetre
kalınlığında altın hedeflere lazer uygulanarak üretilmektedir.
Antiproton:
Negatif (-1) yüklü proton parçacıkları 1955’te California üniversitesinde
fizikçiler Emilio Segrè ve Owen Chamberlain tarafından gözlemlenmiştir.
İkiliye Nobel ödülü kazandıran antiprotonların normal protonlardan en büyük
farkları, normal protonların tersi olan negatif elektrik yüküne ve tersi
manyetik momente sahip olmalarıdır.
Normal protonların yapıtaşları iki adet up quark ve bir adet down quarktır.
Antiprotonlar CERN ve Fermilab’de rutin olarak üretilmektedirler.
Antinötron:
Nötron yüksüzdür ve bir adet up quark, iki down quarktan oluşur. Antinötronda
ise bu quarkların yerinde antiquarklar vardır. Antinötron, antiprotonun
keşfinden bir yıl sonra 1956’da Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarları’nda
Bruce Cork tarafından keşfedilmiştir. Elektrik yükü olmadığı için gözlemi
zordur ve genellikle nötron-antinötron çarpışmaları sayesinde
gözlemlenebilirler.
Majorana Fermion:
Konu antimade ise, yakın zamandaki keşiflerden bahsetmemek olmaz. Princeton
üniversitesinde Ali Yazdani tarafından 1937’de İtalyan fizikçi Ettore
Majorana’nın öngördüğü bir parçacık keşfedildi.
Kurşundan yapılmış bir süperiletken üzerine demir atomları yerleştirilen
deneyde, normal olarak demir atomlarının manyetik alanlarının süperiletkenlere
etki etmesi gerekirdi. Ancak deneyde demir atomları da süperiletken bir hal
aldı (Elektronları hem manyetizma hem de süper iletkenlik özellikleri
gösterecek şekilde spinlerini koordine ettiler).
Böylece elektronlardan biri normal elektron kalırken, diğeri pozitron
özellikleri gösterdi. Sonuçta demir atomları Majorana parçacığı denen hem
madde hem antimadde özellikleri taşıyan bir hal almış oldu. Bu parçacıklar
süper iletkenler yakınında oluşmuş ve varlıklarını süper iletkenlerden uzakta
sürdürememişlerdir.
MADDE – ANTİMADDE ÇARPIŞMASI
Bir elektron ve pozitronu çarpıştıralım. Ne olur acaba?
Elektron ve anti parçacığı olan pozitronun çarpışması.
İki parçacık birbilerini yok ederek iki parça gamma ışını açığa çıkarırlar.
Proton ve Antiproton çarpışması ise biraz daha faklıdır. Kompozit parçacıklar
olan (normal+anti) protonlardaki karşıt quarkların bir kısmı birbirlerini imha
ederken, geri kalanı kararsız mesonlar oluşturarak dağılır. Bu mesonlar da
kısa sürede bozunurlar.
DOĞADA ANTİMADDE OLUŞUMU
Vücudunuzda antimadde üretimi yapıldığını biliyormuydunuz? Doğadaki bazı ufak
ve bazı muazzam antimadde fabrikaları gibi vücudumuz da antiparçacıklar
saçmaktadır.
Potasyum-40: Antimadde parçacık hızlandırıcılardan en akla hayale gelmeyen
şeylere, örneğin muzlara ve insan vücuduna kadar her yerde açığa
çıkabilmektedir.
Muzda bulunan Potasyum-40 izotopları, beta bozunumu geçirirken her 75 dakikada
bir pozitron açığa çıkarırlar. Aynı potasyum-40 insan vücüdunda da bulunur ve
aynı şekilde pozitron açığa çıkarmaktadır. Ancak merak etmeyin bu düşük
miktarlar size zarar vermez. Radyoaktif maddeler ve geçirdikleri bozunumlar
ile ilgili detaylı bilgi için bu yazımıza göz atabilirsiniz.
Fırtınalar: Fırtınalar yağmurlardan, dolulardan, sert rüzgarlardan ve
yıldırımlardan daha fazlasını üretmektedir. NASA’nın yörüngedeki Fermi
Gamma-Işını teleskobu hergün 500 adet TGF (terrestrial gamma-ray flash), yani
dünyasal gamma ışını parlaması olayı gözlemlemekte. Bunlar güçlü fırtınaların
tepelerindeki elektrik sahalarının, ışık hızına yakın hızlarda dikey olarak
uzaya gönderdiği elektronların atmosferdeki diğer moleküller ile çarpışması
sonucu ürettikleri gamma ışınlarıdır. Bu gamma ışınları o kadar kuvvetlidir
ki, uzaya elektron ve pozitronlar (antielektron) saçarlar ve bu parçacıkların
bizzat Fermi’ye çaptıkları tespit edilmiştir.
Kozmik ışınların atmosferimize çarpışı da çok düşük miktarlarda pozitron ve
antiproton açığa çıkarmaktadır. Bunlar normal madde ile karşılaşana kadar
Dünya’ya “yağarlar”. Çarpışmalar sırasında açığa çıkan parçacıkların bir kısmı
da uzaya saçılarak manyetik alan tarafından hapsedilip Van Allen radyasyon
kuşaklarında toplanırlar.
Devasa yıldızların geçirdiği çift-instabilitesi süpernovaları (Pair-Instability
Supernova), çekirdekteki elektron ve pozitron çarpışmalarının artışıyla düşen
radyasyon basıncının, yıldızın dış katmanlarını taşıyamaz hale gelmesiyle
olur. Kendi ağırlığı ile çökmeye başlayan yıldızda füzyon reaksiyonları tepe
noktasına ulaşır ve termonükleer bir patlama ile yıldız infilak ederek geriye
bir karadelik ya da nötron yıldızı bırakmayacak şekilde dağılır.
X-Işını İkilileri (X-Ray Binaries): Maddenin bir yıldızdan (genellikle
normal bir yıldız) diğerine “düştüğü” (genellikle bir kara delik, nötron
yıldızı veya beyaz cüce) ikili yıldız sistemlerinde yüksek miktarlarda
pozitron açığa çıkıp manyetik alanlar ile ışık hızına yakın hızlarda uzaya
saçılmaktadırlar.
YAPAY ANTİMADDE ÜRETİMİ & KULLANIM ALANLARI
Antimadde Dünya üzerindeki en nadir, üretimi en zor ve en pahalı materyaldir.
Altın ve Elmas gibi nadir ve değerli materyaller, antimadde yanında ancak
çakıl taşı kadar değerlidirler. Üretim zorluğu ve yavaşlığı sebebiyle 1 gram
antimaddenin şu anki değeri yaklaşık 62.5 trilyon dolara denk gelir.
Antimaddeyi ikinci olarak gramı 27 milyon dolar ile Californium-252 elementi
takip etmektedir. Eğer antimaddeyle gerçekten kıyaslayacak başka bir materyal
arıyorsanız, bazı bilim insanlarının bir kaç karanlık madde parçacığı için
Dünyayı teslim edebileceklerini söyleyebiliriz.
Antimaddenin insan sağlığı alanındaki en yaygın kullanımı, PET tarama
cihazlarıdır.
Antiparçacıklar nanogramdan daha düşük seviyelerde parçacık hızlandırıcılarda
üretilebilmektedir. Daha da düşük seviyelerde ise, çeşitli radyoaktif
elementlerin bozunum sonucu antiparçacıklar açığa çıkmaktadır. Keşfedilen ilk
antiparçacık pozitron da bu şekilde keşfedilmiştir ve günümüzde bozunum sonucu
ortaya çıkan pozitronların tıpta önemli bir kullanım alanı mevcuttur.
PET taramaları (Positron Emission Tomograph / Positron Emisyon
Tomografisi): PET tarayıcıları elektronun karşıt parçacıkları olan
pozitronları kullanır. Bu taramalarda dolaşım sistemine enjekte edilen
Fluorine-18 gibi kısa ömürlü bir radyoaktif bir izotop, pozitron yayan bir
bozunum geçirir. Bu pozitronlar dokuda 1mm gibi kısa bir mesafe kat ederler.
Bu sürede kinetik enerjileri azalır ve sonunda bir elektron ile temas ederek
birbirlerini yok edip, birbirinin aksi yönünde hareket eden gamma ışınları
(yüksek enerjili fotonlar) oluştururlar. PET tarayıcısı aynı anda oluşup
birbirlerinin aksi yönünde hareket eden bu gamma ışınlarını tespit ederek
taranan bölgenin üç boyutlu bir resmini çıkartır.
PAS (Positron Annihilation Spectroscopy / Positron İmha Spektrokobisi):
Deneysel bir cihaz olan PAS, materyal araştırmalarında kullanılmaktadır.
Herhangi bir metal, süperiletken ya da polimer benzeri malzemeye gönderilen
pozitronların, elektronlar ile çarpışıp gamma ışını üretmesiyle atomik
seviyelerde materyal yapısı ve kusur analizi çalışmaları yapılabilmektedir.
Parçacık Hızlandırıcıları
Parçacık hızlandırıcıları, elektromanyetik alanlar yoluyla yüklü parçacıkları
inanılmaz süratlere hızlandıran makinelerdir. Birçok kullanım alanları olsa da
en önemlisi yüksek enerji fiziğidir. Dünya’da irili ufaklı 30.000’den fazla
parçacık hızlandırıcı vardır ve bunların sadece 1%’i 1 GeV enerjisi
üstündedir.
Not: Türkiye’de de bir parçacık hızlandırıcı kurulum çalışması uzun
yıllardır devam ediyor. Temel eğitim düzeyinde (1 GeV altı) küçük bir parçacık
hızlandırıcısının yapımını öngören projenin gidişatı hakkında araştırma
yapabilirsiniz.
Böylesi hızlandırıcılar çok yüksek yoğunluk ve ısılar ile parçacıkları
çarpıştırarak Big Bang’in ilk anlarındaki ortamı oluşturmaya çalırken, maddeyi
oluşturan temel parçacıkları açığa çıkarmaktadırlar. Kaba tabirle bir parçacık
hızlandırıcısı ne kadar güçlü olursa, o kadar derinlere ineriz. Bazı
insanların “tanrı parçacığı” keşfedildi hala daha neyi arıyorlar dediklerini
biliyoruz. Ama daha keşfedecek, öğrenecek ve anlayacak çok fazla şey var.
Planck seviyesi denen quantum kütleçekiminin güçlenip bilinen quantum alan
teorisini darmadağın ettiği ve evrenin dört büyük gücünün birleştiğinin tahmin
edildiği 1.22 × 10^19 GeV’luk enerji seviyelerine inmek için hayal
edebileceğimizden güçlü hızlandırıcılar gerekmektedir. Bu enerji seviyeleri
öyle güçlüdür ki, gerçektenden bir kara delik oluşturabilirler. Ancak
korkmayın, böyle bir hızlandırıcı inşa etmek için Dünya’da yeterince yer yok.
Tahmini boyutları Güneş çapının 10 katı (14 milyon km) olacaktır.
Almanya’daki dev parçacık hızlandırıcı; DESY. 1959 yılında inşa edilen bu
hızlandırıcı, Cern ve Fermilab’dan sonra yeryüzündeki en güçlü
hızlandırıcılardan biridir.
Bizler, insanoğlu asla uçamaz, uzaya çıkamaz, Ay’a gidemez diyen kişilerin
sadece bir nesil sonrasındaki zaman diliminde yaşıyoruz. Bugün imkansız denen
şeylerin yarın da imkansız kalacağının garantisi verilemez. Gelecek nesillerin
yapamayacağının ya da başka insanlık harici olası uygarlıkların
yapamayacağının kesinlikle hiç bir garantisi yok.
Bilimsel araştırmalara önem veren bütün uygarlıkların en büyük ortak
noktasının, belki de parçacık fiziği olduğunu keşfedebiliriz bir gün. Evrenin
yapı taşlarını keşfetmek isteyen bütün zekaların temel yapı taşlarını açığa
çıkarıp gözlemleyebilecekleri hızlandırıcılar yapmaları gerekecektir. Bu
sebeple evrenin derinliklerini incelerken bizimkilerden daha büyük ve güçlü
parçacık hızlandırıcıların açığa çıkarabileceği cinsten yoğun enerjiler
keşfedebiliriz. Planck seviyelerini araştıracak bir hızlandırıcının açığa
çıkaracağı enerji, zaman zaman bir pulsar gibi parlamasına sebep olacaktır.
Hızlandırıcılarda Antimadde Üretmek
Parçacık hızlandırıcılarından Fermilab’daki Tevatron, Brookhaven’daki RHIC ve
CERN’deki LHC gibi büyük ve güçlü olanlar, hatırı sayılır miktarda
(araştırmalara yetecek kadar) antimadde üretebilmektedir. Her yıl Fermilab
Tevatron hızlandırıcısı ile 15 nanogram, Alman DESY hızlandırıcısı 2 nanogram
ve CERN 1 nanogram miktarlarda üretmektedir.
CERN
CERN, dünyanın en büyük ve kapsamlı yüksek enerji fiziği araştırma
tessislerinden biridir. 6 adet hızlandırıcı ve yavaşlatıcıya ev sahipliği
yapar. Birçok farklı deneyin yürütüldüğü CERN’deki antimadde deneylerinden
bahsedelim.
CERN’ün ana parçalarından “Proton Synchroton” hızlandırıcısı, proton
ışınlarını bir metal bloğa ateşler. Çarpışmalar o kadar şiddetlidir ki,
yaklaşık her bir milyon çarpışmada yeni proton ve antiproton çiftleri açığa
çıkar. Antiprotonlar ışık hızına yakın hızlarda her yöne doğru saçılırlar.
2002’den beri “Antiproton Decelerator” (Antiproton Yavaşlatıcısı) denen
yavaşlatıcı, bir dakikadan kısa süre içinde antiprotonları manyetik alanlar
ile yönlendirip, elektrik alanları ile yavaşlatarak (“cooling” denen bir
işlem) bu antiprotonları ışığın 10% süratlerine kadar düşürür. Bu işlem
sonunda deneylerden kullanıma hazır olan antiprotonlar ACE, ATRAP, ASACUSA,
ALPHA ve AEGIS deneylerine yönlendirilirler.
CERN’deki ACE deneylerinin yapıldığı alandan bir fotoğraf.
ACE (Antiproton Cell Experiment): Antiprotonların biyolojik etkilerinin
araştırıldığı bu projede, Dünya çapında 10 enstitüden gelen bilim insanları
antiprotonlar ile kanser tedavisi üzerinde araştırmalar yapıyorlar. Özellikle
insan vücuduna büyük hasar veren kemoterapiye kıyasla çok daha az zarar veren
ve daha etkili olan tedavi yöntemleri umut vaadediyor.
ATRAP (The Antihydrogen Trap): Bu deneyde hidrojen atomları ve
antihidrojen atomları arasında karşılaştırmalı gözlemler yapılıyor. Bir
antihidrojen atomu yapmak oldukça zorludur. ATRAP ekibi antiprotonları
pozitronlara tabi tutarak ikinci bir “cooling” işlemi uyguluyorlar. Böylece
antiprotonlar daha da yavaşlarken bazıları birer pozitron kapıp antihirdojen
atomu haline geliyorlar.
ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons): Bu
deneyde antiproton içeren helyum (antiprotonic helium), (atom çekirdeği
çevresinde iki elektron yerine bir elektron ve bir antiproton dönen hibrid
madde-antimadde atomlar, antiprotonların negatif elektrik yükü taşımasıyla
mümkün olabiliyor) ve antihidrojen atomlarının spektroskopi yoluyla eşdeğer
madde ile karşılaştırmaları yapılıyor. Bunun yanında madde ve antimaddenin
etkileşimleri de gözlemlenip antiprotonların elektronlara ve atom
çekirdeklerine olan etkilerinin de gözlemleri yapılıyor.
ALPHA: Diğer bir deney takımı olan ALPHA’da antihidrojen atomları
sentezleyip bunlar üzerinde yoğunlaşıyor.
AEGIS (Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy):
Son olarak bu deneyde ise, Dünya’nın kütleçekiminin antihidrojen atomları
üzerindeki etkisi araştırılıyor. Özellikle bu deneyden biliyoruz ki, antimadde
ve normal maddenin kütleçekimsel bir farkı yok. Antimaddede kütleçekimine
normal madde gibi maruz kalıyor.
UZAYIN DERİNLİKLERİNDEN ANTİMADDE GÖZLEMLERİ
Gözlemlenebilir evrendeki neredeyse bütün herşey, bizim için normal olan madde
tarafından oluşmuştur. Ancak istisnai durumlar söz konusudur. Antimadde
sanıldığı kadar nadir değildir. Hatta antimadde yoğunluğu olan bölgeler tespit
edilmiştir.
Samanyolu’nun merkezindeki antimadde yoğunluğunun diğer bölgelere göre fazla
olduğu alan.
Madde ve antimaddeyi oluşturan parçacıklar çarpıştıklarında gamma ışınları ve
değişken birçok parçacık açığa çıkararak birbirlerini yok ederler. Bu gamma
ışınlarını tespit ederek, madde ve antimaddenin temas ettiği bu nadir
bölgeleri bulabiliyoruz.
“Antimadde Bulutu”
1970’den beri varlığını bildiğimiz galaksi merkezi yakınlarında bir “antimadde
bulutu” mevcuttur. Ancak terim sizi yanıltmasın burası antimadde dolu bir
bölge değildir, sadece eser miktardaki antimadde, evrenin geri kalanına
kıyasla bu bölgede biraz daha fazladır. Neredeyse 10.000 ışık yılı
boyutlarında bir alana yayılan bu “bulut”, elektronların pozitronlar ile
çarpışması sonucu açığa çıkan gamma ışınları ile tespit edilmiştir. Bu bölge
Güneşimizin 10.000 katı kadar bir enerji saçmaktadır.
ESA’nın Integral uydusu yakın zamanda bu antimaddenin kaynağını keşfetti.
Galaksi merkezi yakınlarında ki X-ışını ikilileri (bir karadelik ya da nötron
yıldızı ve bu süper kütleli cismin çevresinde dönerken madde kaybetmekte olan
normal bir yıldız).
ANTİMADDE ENERJİSİ
Madde – Antimadde çarpışmaları, sahip olabileceğimiz en yoğun ve en saf
enerjiyi üretmektedir doğru. Gelecekte bir gün uzay gemilerinde roket olarak
kullanılabilir. Enerji santralleri ile şehirlerimizi ve kolonilerimizi
aydınlatabilir, bu da doğru. Ancak böyle şeyler için ihtiyaç duyacağımız
antimadde miktarını üretmekten henüz çok uzağız.
İnsanoğlunun bu güne kadar ürettiği antimadde, şu anda sadece bir ampulü bir
saniyeliğine aydınlatmaya yetecek miktardadır. Yeterli miktarda antimaddeyi
üretmenin pratik bir yöntemini bulursak; parçacık fiziğinden, yıldızlar arası
görevlere kadar bir alanda yeni imkanlar sunabilir bize. Ancak ne yazık ki
bugün ve yakın gelecekte böyle imkanların sadece hayalini kurmak durumundayız.
Berkan Alptekin
---------------------------------------------------------------------------------------
Başka bir makale...
Anti Madde ya da Karşı Madde Nedir?
Madde adını verdiğimiz nesne, temel (elementler) taneciklerin az ya da çok
karmaşık bileşimleridir. Sayıları otuzu pek geçmeyen bu taneciklere temel
denmesinin nedeni, başka taneciklere bölünmemeleridir. Bazısı artı elektrik
yükü, bazısı eksi elektrik yükü taşır. Aralarında birleşerek atomları, atomlar
molekülleri, moleküller de gözle görülen maddeleri oluşturur. 1932 yılında
gökbilimciler, gökküreden gelen ışınımları incelerken, olağandışı bir
tanecikle karşılaştılar. Bu tanecik, çok iyi bilinen ve en yaygın tanecik olan
elektronla özdeşti; tek değişik yanı, karşıt elektrik yükü taşımasıydı. Bu
nedenle bu yeni tanecik “pozitron” diye adlandırıldı. Ne var ki, yapılan
gözlemlerden, söz konusu taneciğin çok kısa ömürlü olduğu anlaşıldı.
Gerçekten, bu tanecik bir elektronla karşılaştığında, karşılıklı birbirlerini
yok ederler. Karşıt maddenin ortaya çıkışı, bir şimşek ya da enerji yapımıyla
açıklanır. Anti Madde Çarpışma Zamanla, bilinen bütün taneciklerin karşıtları
bulundu ve tümü asıl taneciklere göre karşıt elektrik yükü taşıdığından,
bunlara karşıt tanecikler dendi.
Öte yandan madde, temel taneciklerin bileşimi olduğuna göre, karşıt
taneciklerin bileşerek karşıt maddeyi oluşturmasını tasarlamak kolaylaşır.
1960’larde yapılan araştırmalar sonucunda atomu oluşturan 3 parçacığında birer
adet karşı parçacığı olduğunu göstermişti. CERN’ de ve Brookhaven Ulusal
Laboratuvarı’nda yapılan döteryum deneyleri başarıyla sonuçlandı ve karşı
çekirdeği elde etmeyi başardılar. Anti Madde Karşı Madde Öyleyse, evrenin
oluşum ve gelişiminin, eşit miktarlarda madde ve karşıt maddeyle gerçekleştiği
düşünülebilir.
Bu düşünceye göre, başlangıçta maddenin yoğunluğu çok düşüktür ve yok alma
tepkimeleri seyrek ortaya çıkar. Sonra, maddenin doğurduğu çekim etkisiyle, bu
sınırsız bulut büzülür, yok olma olayları sıklaşır, dolayısıyla da sınırsız
bir enerji yayımı doğar. Bu enerji, genelçekim enerjisine üstün gelince
büzülme durur ve bulut genleşmeye başlar. Çok sıcak bir levha üstünde bir su
damlasının uzun süre kalması gibi, karşıt madde de, bu sınırsız sıcaklıkta,
gökadalar arısı plazmada varlığını sürdürür. Yok olma tepkimelerinin geliştiği
yüksek enerji sınırında, karşıt madde korunur. Öyleyse, evrenin bir yerinde,
bütünüyle bu karşıt taneciklerden oluşmuş dünyalar ve gökadalar bulunduğu
düşünülebilir. Bunlar gelip bizim maddemizle karşılaşırsa, onu sınırsız bir
şimşek halinde çözecektir. Birçok gökbilimci, uzak gökadalar ya da yalancı
yıldızların (kuasar) ışımasının, bu dev patlamaların zayıf yankıları olduğu
kanısındadır. Karşıt madde ile ilgili çalışmalar halen devam etmektedir.
Yıldırımlar antimadde mi üretiyor?
İlk olarak 1928 yılında Paul Dirac adlı bir fizikçi tarafından oluşturulan bir
teoriyle ortaya atılan ve varlığı daha sonraki çalışmalarla kanıtlanan
antimadde nereden geliyor? Atmosferik olaylar konusunda uzman bilim insanı
Joseph Dwyer son altı yıldan beri, yani onun da içinde bulunduğu araştırma
uçağı 2009 yılında tesadüfen bir yıldırım üzerinden antimadde bulutunun
içinden geçmesinden beri işte bu sorunun cevabını bulmaya çalışıyor.
Dwyer’ın uçağı, atmosfere doğru çarpışan kozmik ışınların ya da yoğun yıldırım
fırtınalarının neden olabildiği yüksek enerji fotonları olan atmosferik gama
ışınlarını (ya da y-ışınlarını) tanımlamak için gerekli olan donanımlara
sahipti. Nature dergisinde yayınlanan makalede 2009 yılının fırtınalı bir
gününde olup bitenler şöyle anlatılıyor:
“Söz konusu çalışma Dwyer’ın ve Melbourne’deki Florida Tekonoji Enstitüsü’nün,
aslında ticari amaçlarla kullanılan ve tipik bir jet uçağı olan Gulfstream V
üzerine yerleştirdiği bir parçacık detektörü üzerinden atmosferik
y-ışınlarının incelenmesiyle ilgiliydi. 21 Ağustos 2009’da uçağın pilotları
rotayı radar profilinden görülebildiği kadarıyla Georgia kıyıları olması
gereken yere doğru döndürerek ilerlemeye başladılar. Dwyer, o anı şöyle
açıklıyor: ‘Bunun yerine, gök gürültülü ve yıldırımlı bir fırtınayla
karşılaştık ve tam da onun içinden geçiyorduk.’ Uçak şiddetle öne ve arkaya
doğru sarsılmaya başladı ve aniden irtifa kaybetti. ‘Gerçekten öleceğimi
düşündüm.'”
Fakat Dwyer hayatta kaldı ve onun parçacık detektörü de bu olay sonunda üç
511-kiloelektronvolt gamma ışını tanımlamıştı. Bu noktada gama ışınlarıyla
ilgili bilinmesi gereken bir şey var: Bu ışınlar ayrıca kendi
anti-parçacığıyla yani bir pozitronla çarpışan bir elektronun da sonucu olarak
oluşabiliyorlar. Madde parçacıkları ve antimaddenin antiparçacıkları da aynı
kütleye fakat yük durumu gibi şeyler açısından karşıt özelliklere sahipler. Ve
karşıtlar birbiriyle çarpıştığında aniden yok oluyorlar. Bizim evrenimiz de
maddeden oluştuğu için, antimaddenin varoluşu da genellikle çok kısa sürüyor.
Ve bu 511 kiloelektronvolt gama ışınları da söz konusu elektron-pozitron yok
oluşu için bir tür patlamış bir silahtan çıkan duman niteliği taşıyor. Konuyla
ilgili sonradan yapılan birkaç hesaplama Dwyer’ı uçağın pozitronlardan oluşan
küçük bir bulutla çevrili olduğu sonucuna götürdü.
Fakat bu pozitronlar, antimadde nereden geliyor? Yoğun yıldırım fırtınaları
gerçekten de pozitronlar üretebilir ama bu fırtınadan elde edilen diğer bir
veri bilim insanlarının bu açıklamayı bir kenara bırakmalarına neden oldu.
Tıpkı kozmik ışınlarda olduğu gibi, ki onların da elde edilen verilerde
görünebilmek için diğer türden radyasyon oluşturmuş olmaları gerekiyordu.
Dwyer, bir açıklama bulmayı başaramayışının ardından elde ettiği sonuçları
yayınlamayı bitirdi. Fakat Nature’ın makalesinde belirtildiğine göre o şimdi
daha fazla veri toplamak ve bu gizemli antimaddeyi daha yakından tanımak için
yine bir yıldırım fırtınasına balonlar ve hatta bir başka uçak daha göndermeyi
planlıyor.
---------------------------------------
Pozitron Nedir? – 1936 Yılı Nobel Fizik Ödülü
Sema Nur Yıldırım - Eylül 2014
Pozitron aynı zamanda antielektron olarak da adlandırılır ve elektronun
antimadde karşılığı veya antiparçacığı olan artı yüklü lepton grubuna ait bir
parçacıktır. Elektrik yükü +1e, spini 1/2 olan pozitron atom altı parçacığı
elektronla aynı kütleye sahiptir. Düşük enerjili pozitron düşük enerjili
elektron ile çarpıştığı zaman, iki veya daha fazla gama ışın fotonu
(elektron-pozitron yok oluşu) meydana gelir.
Pozitronlar zayıf etkileşimler yoluyla pozitron yayan radyoaktif bozunma
tarafından üretilebilir ya da yeterince enerjik bir foton çifti ile de bu
sağlanabilir.
Pozitronun Keşfi ve 1936 Yılı Nobel Fizik Ödülü
1928 yılında Paul Dirac elektronların hem pozitif yüke hem de negatif yüke
sahip olduğunu öne süren bir makale yayınladı. Bu makalede Dirac denkleminden
bahsederek, kuantum mekaniğin, özel göreliliğin ve sonra Zeeman olayını
açıklamak için elektron spinin yeni bir kavramını birleştirdi. Bu makalede
açıkça yeni bir parçacığın varlığı öngörülmedi ama çözümlerinde elektronların
ya pozitif ya da negatif enerjiye sahip olmalarına izin veriliyordu. Bu
pozitif enerjili çözüm deneysel verileri açıkladı ama Dirac matematiksel
modelin olanak tanıdığı negatif enerjili çözüme şaşırmıştı. Kuantum mekaniği
negatif enerjili çözüme izin vermiyordu, klasik mekanikte benzer denklemlerde
sık sık olduğu gibi ikili çözüm bir elektronun pozitif ve negatif enerji
durumları arasında kendiliğinden atlama olasılığını ima ediyordu. Ancak, böyle
bir geçiş henüz deneysel olarak gözlenmemişti. Sonra Dirac bu sorunlar
hakkında teori ve gözlem arasındaki bu çatışması çözülemeyen zorluklar olarak
bahsetmişti.
Dirac 1929 yılının Aralık ayında bir makale daha yazdı. Bu makalede rölavistik
elektron için kaçınılmaz negatif enerji çözümünü açıklamayı denedi. Bir dış
elektromanyetik alanda hareket eden negatif enerjili bir elektronun bir
pozitif yük taşıdığını düşündü. Tüm uzayın dolu olan negatif enerji durumları
denizi olarak kabul edilebileceği fikrini öne sürdü ve böylece pozitif enerji
durumları (negatif elektrik yükü) ve negatif enerji durumları (pozitif yük)
arasında elektronların atlamasına engel olacağını söyledi. Aslında bu makalede
negatif enerjili elektronun tasviri yapılıyordu. Ancak bu parçacığın proton
olma olasılığından söz eden Dirac’a karşı Robert Oppenheimer’dan ciddi bir
karşı dönüş alındı. Feynman ve Stueckelberg zamanda geriye doğru hareket eden
bir elektron olarak pozitron yorumunu ortaya attılar. Çünkü bu Dirac
denkleminin negatif enerji çözümleri ile örtüşüyordu. Evet, pozitif elektrik
yüklü bir elektron zamanda geriye gidebilmektedir – asla zamanda ileriye
gidemez. Aynı elektron gibi özelliklere sahip olmasına karşın sadece elektrik
yükü farklıdır.
1929 yılında Dmitri Skobeltsyn ilk kez pozitronu gözlemledi. Wilson bulut
odasını kullanırken kozmik ışınlarda gama ışınımını tespit etmeyi denerken,
elektronlar gibi davranan ama uygulanan manyetik alanda zıt yönde dönen
pozitron parçacığını böylelikle gözlemlenmiş oldu. Sonra çalışmalar devam etti
hatta 2 Ağustos 1932 yılında Carl D. Anderson pozitronu resmen keşfetti ve
1936 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. İşte pozitron ismini veren de
Anderson oldu.
Bu buluşun faydalarını günümüzde PET (Pozitron Emisyon Tomografisi), CT
(Bilgisayarlı Tomografi), MRI (Magnetik Rezonans Görüntüleme) gibi sağlık
alanında insanoğluna patolojik durum ile ilgili anatomik ve morfolojik
değişikliklerin görüntülenmesine olanak sağlar.
Atom altı parçacıklar yazı dizimizde elektron, nötron ve protondan sonra
pozitronu da ele almış olduk.
-------------------------------------------------
AYNADAKİ MADDE
ANTİ-MADDE YAPIMI GERÇEKLEŞECEK Mİ?
Fizikçiler anti-madde yapımının büyük bir kısmını tamamladılar.
Peter KALMUS
Bu bir anti-galaksi midir? Mevcut astronomik bilgiler bu soruya henüz kesin
cevap verememektedir.
Anti-parçacıkların varlığı bugün artık kesindir ve belki de evrenimizin bazı
yerlerinde ham halde anti-madde de bulunmaktadır. Her ne kadar şimdiye değin
anti-maddenin bir tek atomuna dahi rastlanmamışsa da, yakında laboratuvarlarda
böyle bir atom oluşturulabilcektir.
Birçoğumuz, evrenin bir yerlerinde, maddenin aynada görünümü gibi, ancak
karşıt özellikler taşıyan benzerinin varlığı fikri karşısında adeta
büyülenmekteyiz. Bilim-kurgu filmlerinin çoğunda anti-madde olgusu çokça
işlenmesine rağmnen, henüz hiç kimse böyle bir şeyi ne görmüş, ne de
yapabilmiştir. Tarihte ilk kez antimadde fikrini İngiliz fizikçi Arthur
Schuster ortaya atmış (1898) ve ardından bu spekülasyonun bir hayal olduğunu
da eklemiştir.
Bu kavram, Paul Dirac’ın anti-parçacığın varlığı hakkındaki çalışmalarına
değin (1930), matematiksel bir temele dayanmıyordu. Dirac, modern fiziğin köşe
taşları olan relativite ve kuantum teorilerini birleştirerek
anti-parçacıkların varlığı hakkında yeni bulgular ortaya koydu. Einstein’ın
relativite teorisi, kütle ve enerjinin durumunu gösteren, meşhur formülü (E=mC²)
ortaya koymuştu. Kuantum teorisi, atom gibi çok küçük sistemlerin ancak
belirli enerji değerlerine sahip olduğunu gösterdi. Dirac, bu iki teoriden
elektronu tanımlayan yeni bir eşitlik elde etti. Bu yeni eşitlik bir
elektronun alabileceği normal enerji düzeylerini göstermesinin yanında,
negatif enerjiye eşit birçok düzeyin varlığını da göstermesi bakımından
oldukça ilginçtir. Bu sonuç da negatif kütlenin varlığını gösterir.
Dirac, negarif kütleli parçacıkların ilginç özelliklere sahip olabilecekleri
kanısındaydı. Böyle bir parçacığın gözlenememesinin nedenlerini de şöyle
ortaya koyuyordu: Şimdi, öyle bir boşluk düşünelim ki, bu boşluk en düşük
negatif enerji düzeyinde bulunan atomlarla doldurulacak olsun. Negatif
enerjinin tüm düzeyleri dolu olabilir ve dolayısıyla, elektronlar tamamen dolu
olan düzeyler arasında geçiş yapamayacağı için, biz bunların hiç birinin
varlığından haberdar olamayabiliriz. Bununla beraber en yüksek negatif düzeyde
olan bir elekron yetrli enerji alırsa, pozitif düzeye geçerek normal bir
parçacık haline gelir (pozitron).
Carl Anderson ve Patrick Blackett’in kozmik ışınlarda pozitronu gözlemelerine
(1932) değin fizikçiler anti-parçacık düşüncesine kuşkuyla yaklaşıyorlardı.
Sonraları California Üniversitesi’nden bir grup fizikçi (yaklaşık 20 yıl
sonra) anti-protonu bularak, bu düşünceyi gerçekleştirmiş oldular. Bu durumda
tüm parçacıkların, aynı kütle ve fakat ters yükte, maddenin aynadaki görünümü
gibi anti-parçacıkları olduğu kanıtlanmış oldu.
O halde, niçin Evren, parçacıklar ile dolu olduğu kadar anti-parçacıklar ile
de dolu olmasın? Büyük patlama (big bang) her iki cins parçacığı da oluşturmuş
olabilir. Evrenin ilk zamanlarından beri, anti-parçacıklar evrende belirli bir
yerde bulunuyor olabilirler. Kozmolojistler asimetrinin, maddenin anti-madde
üzerinde hafif bir dengesizliğe yol açtığı inancındadırlar. Bu dengesizlik
evrenin büyük bir bölümünün normal maddeden oluşmasına neden olabilir. Doğal
olarak, yaklaşık tüm anti-madde normal madde ile karşılaşınca yok olabilir.
Diğer bir alternatif de, anti-madde ve maddenin, evrenin değişik bölümlerinde
aynı anda var olabileceğidir. Eğer bunları birbirinden uzak tutacak doğal bir
mekanizma da varsa, anti-maddenin bir kısmı hâlâ var demektir. Anti-protonlar
ve anti-nötronlar, anti-çekirdeği oluşturmak için birbirleriyle bağlanıp,
pozitronu yakalayarak anti-atomu oluşturabilirler. Böylelikle anti-madde var
olmuş olabilir. Bu anti-madde, madde ile karşılaşmadığı sürece kararlı ve
dengeli olabilir.
Anti-maddenin varlığını gösterecek herhangi bir atoma, henüz Güneş Sistemi’nde
dahi rastlanılmamıştır. Belki de Güneş’ten yayılan parçacıklar bunları yok
ediyordur. Fakat hiç kimse bugüne değin böyle bir yok etme sonucu ortaya
çıkacak olan radyasyonu belirleyememiştir.
Çok uzaklarda, anti-maddeden yaıplmış çeşitli yıldızlar, galaksiler var olamaz
mı? Anti-madde ve madde aynı davranış özelliklerini göstereceğinden, anti
galaksiler normal galaksilerin yaydığına benzer radyasyon yayacaktır.
Astronomik gözlemler de bu konuda herhangi bir fark gösterememektedirler.
Anti-maddeyi belirlemenin bir yolu, yıldız ve galaksilerin yaydığı
parçacıkları izlemektir. Yıldızlar da Güneş gibi çok büyük miktarlarda
nötrinolar yaymaktadırlar. Nötrinolar hiçbir engel tanımadan yollarına devam
etmekte ve hatta her saniye milyonlarca parçacık dünyamızdan da geçip
gitmektedir. Anti-yıldızlar nötrinolardan daha değişik özelliklere sahip anti-nötrinolar
yayıyor olabilirler ve bizler bunları inceleyerek anti-yıldızları tanımlamada
önemli atılımlar yapabiliriz. Fakat yeteri kadar nötrino durdurmak için birkaç
ışık yılı kalınlığında demir levha gerektiğini de hemen söyleyelim.
Bir yıldızın patlaması sonucu çok büyük miktarlarda nötrino ve anti-nötrinolar
yayılır.
Anlaşıldığı gibi nötrinolar çok zor ve ender olarak belirlenebilmektedirler.
Örneğin Brookhaven Ulusal Laboratuvarı tarafından son on yılda Güneş’ten gelen
nötrinoların ancak birkaçı tutulabilmiştir. Nötrinoları tutabilmek bu denli
zor olduğuna göre, anti-yıldızlardan gelecek anti-nötrinoları tutmak doğal
olarak çok daha zor olacaktır. Tabii bu durum, çeşitli astrofiziksel
patlamalar sırasında daha farklıdır.
Kozmik ışınlar dış dünyamız hakkında önemli bir bilgi kaynağı oluştururlar.
Kozmik ışınlar, çoğunluğunu protonların oluşturduğu ve ağır çekirdekleri de
içeren ışınlardır. Bu ışınlar galaksinin her yanından geldiği için bunlar
üzerinde yapılacak çalışmaların bu konuda kayda değer bulgular vermesi oldukça
şüphelidir.
Anti-maddeyi galaksimiz dışında aramamız gerekir. Eğer anti-yıldızların
oluşturdukları bir galaksi normal bir galaksi ile karşılaşırsa, bunlar
birbirlerini yok edebilirler. Bu da bize farklı bir sinyal verebilir.
Astronomların, olabilecek farklı sinyalleri izlemeleri sonucunda birçok
bilgiler elde edilebilir. Bir elektronun bir pozitron tarafından yok edilmesi
sonucu iki gama ışını açığa çıkar. Bunlardan her biri, 0.51 milyon elektron
Volt’a (MeV) sahip olup zıt yönlerde hareket ederler. Proton ve anti-protonun
birbirini yok etmesi “pion” adı verilen birçok parçacığı da ortaya çıkarır.
Astronomlar henüz böyle sinyaller yakalamamalarına rağmen, bu durum
anti-maddenin olmadığını göstermez. Hannes Alfvén, bir anti-galaksi ile normal
galaksi karşılaştığında, öncelikle en dıştaki yıldızların yok olacağını
söylemektedir. Alfven, bu yok olma sonucunda çıkacak radyasyonun her iki
galaksiyi de birbirinden uzaklaştırarak daha geniş bir yok olmayı
engelleyeceği görüşündedir.
Sonuçta doğada çok miktarda anti-madde olduğu kanıtlanmasa da, bunun
laboratuvarda yapılabileceği fikri gündeme gelmiştir. Örneğin anti-hidrojen,
anti-maddenin en basit şeklidir. Anti-hidrojenin yapılması için de yeteri
kadar pozitron ve anti-pozitrona ihtiyaç duyulmaktadır. Fizikçiler gerekli
anti-parçacıkları laboratuvarda yapmayı neredeyse başarmış durumdadırlar.
Bu konuda birçok çalışmalar yapılmış ve ilerlemeler kaydedilmiştir.
Araştırmacılar 25 GeV proton ivmelendiriciler ile çok miktarda anti-proton
üretimini gerçekleştirmişler (1960) ve 1970’li yıllarda saniyede yaklaşık
1000.000 anti-proton geçirebilecek yoğunlukta bir ışın demeti elde
etmişlerdir.
Daha yakın zamanda İtalyan fizikçi Carlo Rubbia, proton ve nti-protonun
çarpıştırılması sonucu zayıf elektriksel güç taşıyan W ve Z parçacıklarının
elde edilebileceğini belirtmiştir. CERN (Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı)
‘nın uygulamaya koyduğu (1981) bir proje ile iki yıl içinde bu parçacıklar
elde edilmişlerdir.
Proton ve anti-protonların çarpışması sonucu zayıf elektriksel güce sahip olan
W ve Z parçacıkları açığa çıkar.
CERN, şu sıralarda anti-proton kaynağının kalitesini (yoğunluğunu) yükseltecek
bir sistem oluşturma çabasındadır. Bu sistem, bu yıl denenecek ve 1988’de
tamamen çalışmaya geçecektir. Yüksek enerji deneylerine ek olarak, yüksel
şiddette anti-proton üretimi, fizikçilere anti-madde yapımı deneylerinde
kolaylık sağlayacaktır.
Tüm bu çalışmalar, anti-maddenin en basit şekli olan anti-hidrojen yapmak
içindir. Anti-hidrojen yapmanın en az iki yolu vardır. Bunlardan biri,
anti-proton ve anti-pozitronu bir sistemde durdurup birleşmelerini sağlamak,
diğeri de eşit hızda ve paralel olarak bir sistemde hareket etmelerini
gerçekleştirerek birleşmelerini sağlamak.
Önümüzdeki yıllarda fizikçiler anti-hidrojen atomunu yapmayı başaracaklardır.
İnsanlar şimdiden, bu anti-maddenin neler sağlayacağı konusunda spekülasyonlar
yapmaya başlamışlardır. Örneğin anti-madde, yıldızlar arası seyehat için ideal
yakıt olabilir. Çünkü çok az bir miktarı dahi, çok fazla enerji üretmeye
yetmektedir.
Uzay gemisi “Atılgan”ın hareketleri anti-madde ile gerçekleştirilebilir!..
Mevcut roketleri hareket ettirmek için gerekli anti-madde miktarı sadece
birkaç miligramdır. Fakat, gramın milyarda biri akdar bir miktarda
anti-hidrojen yapmak için dahi milyonlarda anti-proton gereklidir. Görüldüğü
gibi problem çok büyük olduğundan, maliyeti de yüksek olacaktır.
Eğer şu andaki çalışma hızını göz önüne alırsak, bu işler için yeterli
anti-proton üretimi 10 milyon yıldan fazla bir zamanı gerektirmektedir.
Anti-maddeden yapılabilecek bir bombanın sonucunu düşünen bazı insanlar, bu
konuda büyük spekülasyonlar yaratmaktadırlar. Bu ise bize uzak bir ihtimal
gibi gözükmektedir; çünkü halihazırda konvensiyonel yöntemler ile çok daha
etkili ve çok daha ucuz (anti-maddeye göre) bombalar yapılabilmektedir.
Anti-parçacıklar bize temel simetri yasalarına yeni bakış açıları verdiği
gibi, bilim adamlarına da yeni yeni araştırma alanları açmıştır. Schuster’in
yaklaşık 100 yıl önce sözünü ettiği madde ile anti-madde arasındaki simetri,
bizlere evrenin temel kanunlarını anlamada daha engin ufuklar açacaktır.
Peter KALMUS, New Scientist
Bilim ve Teknik Dergisi, Sayı: 240
Kasım 1987
Çev.: Mehmet Gündoğan