Antimadde (Karşıt Madde) Nedir?

Üzerinde sürekli çalışılan bir konu olan antimaddeyi anlayabilmek için Einstein’in Özel Görelilik Teorisini biraz inceleyeceğiz. Einstein’in Özel Görelilik Teorisi çerçevesinde enerji, momentum ve kütleyi birbiriyle ilişkilendiren bağıntı Newton fiziğindekinden farklı olarak bu üç büyüklüğün kuadratik ifadelerini içermektedir. Bu da ışığın hızının, kaynağın ya da gözlemcinin hareketinden bağımsız olarak evrensel bir sabit olması ve evrenin uzayla zamanı aynı statüye yükselten dört boyutlu yapısının bir sonucudur. Bu ifade kullanılarak enerji, momentum ve kütle cinsinden ifade edilmek istenirse, bir karekök alma işlemi gerçekleştirileceğinden enerji için pozitif bir değer yanında bir de negatif değer buluruz. Zira her sayının iki tane karekökü vardır. Örneğin 1 sayısının karekökü olarak iki değer vardır: +1 ve -1.

Gerçekten de bu iki sayının da karesi alındığında 1 bulunur. Yani pozitif bir sayının “diğer” karekökü hep negatif bir sayıdır. Sağ duyumuz bize enerjinin, özellikle de hareketsiz bir kütlenin enerjisinin (mc^2) pozitif değerde olması gerektiğini söyler. Bu nedenle de fizikçiler özel görelilikle 100 yıl kadar önce ilk uğraşmaya başladıklarında bu negatif enerjiyi saçma bularak bu matematiksel değere doğada herhangi bir fiziksel gerçekliğin karşı gelmediğini düşünmeyi tercih ettiler.

Önerilen Yazı: Emar (Manyetik Rezonans, MR) Nedir? Nasıl Çalışır?

Parçacıklar hareketsizken, yani sıfır momentumda, bu tür bir parçacığın enerjisi mc^2 olacaktır. Bu da bu tür parçacıkların momentumları arttıkça enerjilerinin azalacağı anlamına gelir. Diğer parçacıklarla çarpıştıkça sürekli olarak enerji kaybedecekler ve foton yaydıkça hızlanacaklardır. Yani enerjileri gittikçe daha fazla negatifleşecek ve sonunda sonsuz derecede negatif olacaktır. Bu tür parçacıklar sürekli olarak hızlanacak ve en sonunda bir sonsuz enerji kuyusuna düşeceklerdir. Sonunda da tüm evren bu sonsuz derecede negatif enerjiye sahip acayip parçacıklarla dolup taşacaktır.

Bu tuhaflığın arkasında Özel Görelilik Teorisinin temel özellikleri yatmaktadır. Aynı özelliklerin hareketli saatlerin yavaşlaması ve harekete paralel uzunlukların büzüşmesi gibi fiziksel olarak test edilmiş ve doğruluğu kanıtlanmış olguların da temelini oluşturduğu hatırlanınca, bu tuhaf negatif enerjili parçacık konusunu hemen elimizin tersiyle bir tarafa atamıyoruz.

Anti Madde Tanımı

Şimdi de anti maddeyi tanım olarak verirsek; dört temel doğa kuvvetinden atom altı ölçeklerde etkileşen üçünü ki bunlar;

• Şiddetli çekirdek kuvveti = atom çekirdeklerini oluşturan parçacıkları bir arada tutan kuvvet,
• Zayıf çekirdek kuvveti = ağır ve kararsız parçacıkların bozunarak kimlik değiştirmesine yol açan kuvvet,
• Elektromanyetik kuvvet = atom çekirdekleriyle çevrelerinde dolanan elektronlar arasında etkiyerek atomları ve molekülleri bir arada tutan kuvvetleri açıklayan Standart Model’e göre, BİLİNEN tüm parçacıkların, aynı kütlede ama ters elektrik yükü taşıyan bir karşıtı vardır.

İşte bunlara karşıt madde ya da anti madde diyoruz. Örneğin, – yüklü elektronun anti madde karşılığı, + yüklü pozitron; + yüklü protonun anti madde karşılığı, – yüklü anti proton vb. Maddeyle anti madde, yani bir parçacıkla kendi anti maddesi bir araya geldiğinde birbirlerini yok ederek enerji açığa çıkarırlar. 13,7 milyar yıl önce evreni ortaya çıkaran Büyük Patlama’da eşit miktarlarda ortaya çıkan madde ile anti madde birbirlerini yok ederken bazı kuantum mekaniksel özellikler nedeniyle toplam maddenin çok küçük bir bölümü yok olmaktan kurtulmuş ve evrende görebildiğimiz her şeyi bu küçük madde fazlalığı oluştuğu söylenmektedir.

Önerilen Yazı: Sicim Teorisi Nedir? Özellikleri Nelerdir?

Ancak evrendeki büyük yapıların hareketleriyle ve evrenin yapısıyla ilgili olarak yapılan duyarlı gözlemler, Standart Model’de listelenen parçacıkların dışında ve toplam maddenin beş katı kütlede, henüz, gözlenememiş ve nitelikleri bilinmeyen bir dizi parçacık olduğunu gösteriyor ki, bunlar “karanlık madde” olarak adlandırılıyor. Anti madde ile karanlık maddeyi aynı şeymiş gibi düşünmek sık yapılan bir yanlış olduğu için bu farkı iyi anlamak gerekir.

Özetle anti madde, bilinen madde parçacıklarının ters elektrik yükü taşıyan karşıtları; karanlık madde ise henüz varlıkları deney ya da gözlemlerle belirlenememiş, ancak yaptıkları kütle çekim etkisiyle varlıklarını dolaylı yoldan gösteren madde olarak tanımlanabilir. Maddeyle antimaddenin bir araya geldiklerinde birbirlerini yok etmeleri nedeniyle görünen evrende antimadde doğal olarak bulunmuyor. Ama yüksek enerjili çarpışma deneylerinde ya da madde parçacıklarının doğal bozunma sürecinde ortaya çıkıp saniyenin çok küçük kesirlerinde var olabiliyorlar. Bilim insanları çok özel deney koşullarında ve milyarlarca dolar değerinde parçacık detektörleri ve süper iletken mıknatıslar kullanarak bunları yok olmadan tuzaklayıp koruyabiliyor ve bunlarla yüksek enerjili çarpışma deneyleri gerçekleştiriyorlar.