Higgs Bozonu (Tanrı Parçacığı) Nedir? Ne İşe Yarar?
Higgs Bozonu (Tanrı Parçacığı) Nedir? Ne İşe Yarar?
Bu yazımızda Higgs bozonu (Tanrı Parçacığı) nedir konusundan yola çıkarak, özelliklerini ve önemini açıklayacağız. Kısa bir tanım yaparak başlarsak; evrenin başlangıcı kabul edilen Büyük Patlama fikrine göre patlamanın saniyenin milyonda biri kadar sonrasında ilk parçacıklar da etrafa saçıldı. Bu parçacıklar saf enerjiydi ve bir kütleleri yoktu. Higgs bozonu ifadesi de parçacıklara kütle kazandıran mekanizma olarak tanımlanarak, 1964 yılında hayatımıza girmiş oldu.
Higgs Bozonu (Tanrı Parçacığı)
Parçacık denince sonlu bir hacmi ve kütlesi olup uzayda yer kaplayan en ufak birim aklımıza gelir. Bu tanım ucu açık bir tanımdır. Çünkü “en ufak” sözü limitte sıfır hacim ve sıfır kütle anlamına gelir. Sıfır hacimli ve sıfır kütleli bir parçacık varsa bir anda yok olabilir mi? Hayır. Çünkü var olan hiçbir şey yok olamaz ve yokluktan varlık oluşamaz. Işık sıfır kütleli ve sıfır hacimli (yer kaplamayan) bir nesne olup hem dalga hem de parçacık gibi davranmaktadır. Görünen ışık elektromanyetik dalga tayfı içinde sadece küçük bir bölümü içermektedir. Radyo dalgaları, televizyon dalgaları, radar dalgaları, röntgen ışınları ve cep telefonu dalgaları da elektromanyetik dalgalardır.
Ayrıca Bakınız: Nükleerden Daha Fazla Enerji Üreten Sistem Keşfedildi
Elektromanyetik dalgalar parçacık olarak tanımlanmasalar da etkileme gücüne sahip enerji paketleridirler. Bu enerji paketlerine foton adı verilmiştir. Eğer doğanın en küçük enerji paketi bir foton ise ve evren kütlesiz parçacıklardan oluşmuş bir enerji alanı olarak başlamışsa, ilk dönemlerinde maddesel parçacıklar nasıl oluşmuştur? Bu soru modern kuramsal fizikçileri meşgul etmiş olan en önemli sorulardan biridir. Nasıl oluyor da sıfır kütleli parçacıklar bir araya gelerek kütleli bir parçacık oluşturabiliyor?
Bu soruyu yanıtlamak için kütle kavramı üzerinde durmak gerek. Kendi haline bırakılan bir nesne ya yerinde durur veya sabit hızla hareket eder. İkisi arasında fizik yasaları açısından fark yoktur. Sabit hızla hareket eden bir nesnenin hızını değiştirmek için ona bir kuvvet uygulamak gerekir. Newton’un birinci yasasına göre kendi haline bırakılan bir nesne ya yerinde durur veya sabit hızla hareketine devam etmek ister. Fizik yasaları açısından durmak ile sabit hızla hareket etmek arasında fark yoktur. Dolayısıyla kuvvete karşı bir direnç uygular. İşte bu direncin belirtisine biz kütle diyoruz. Newton bu durumu F = m.a olarak ifade etmiştir. Sözel olarak bu denklem Newton’un ikinci yasası olup “kuvvet eşittir kütle çarpı ivme” olarak ifade edilir. Bu ifadede kütle her nesnede bulunan bir özellik olarak tanımlanmıştır. Yani, kütle bir veridir ve nasıl oluştuğu üzerinde durulmamaktadır.
Ayrıca Bakınız: CERN Nedir? Ne İşe Yarar? Neler Yapılıyor?
Kütle Nasıl Ortaya Çıkmıştır?
Kuantum kuramına göre kütle sonsuz ve bütünsel bir enerji alanı içinde oluşmuş olan yerel yoğunluktur. Doğada, elektromanyetik alan vardır ama fotonlar yüksüzdür. Ancak elektromanyetik dalgaların dışında kütlesiz fakat artı ve eksi elektrik yükü taşıyan parçacıkların oluşması gerekmektedir. Bu tür kütlesiz fakat artı ve eksi yüklü parçacıkların var olmaları gerektiğini 1961 yılında Jeffrey Goldstone (1933-) denklemlere dayanarak iddia etmiştir. Kütle sahibi olmayan bu yüklü parçacıklara da Goldstone Bozonu adı verilmiştir. Bugüne kadar kütlesiz olan sadece iki parçacık bulunmuştur ki bunlar elektromanyetik kuvveti ileten Fotonlar ve atom çekirdeği içindeki kuvveti ileten Glüonlardır.
Nötrino denen çok küçük maddesel parçacıkların sıfıra çok yakın, fakat sıfırdan farklı kütleye sahip oldukları saptanmıştır. Her üç parçacığın da elektrik yükü yoktur. Kütlesiz fakat yüklü Goldstone Bozonu uzun süre fizikçilerin başını ağrıtan bir sorun olarak temel parçacık kuramının içinde varlığını sürdürmüştür. Bu zor problemi 1964 yılında altı tane fizikçi, çok yakın aralıklarla, yayınladıkları makalelerde çözmüşlerdir. Medyada kolaylık olsun diye bu çözüme kısaca “Higgs Mekanizması” adı verilmiş olsa da çözüme ulaşmış olanlar: Brout, Englert, Guralnik, Hagen, Higgs ve Kibble adlı altı fizikçidir.
Mekanizma şöyle işliyor: Yüklü ve sıfır kütleli bir Goldstone bozonu bir foton ile birleşerek yüklü bir W± ara parçacığı oluşturuyor. W bozonu dengesiz olduğundan kısa bir an içinde bozunarak diğer maddesel Leptonları (elektron, müon ve nötrino) oluşturuyor.
Sıfır kütleli iki parçacıktan kütlesi olan parçacık oluşma mekanizmasına Higgs Mekanizması denmesinin nedeni, Higgs’in farklı yapıda (skaler) ve W± den daha yoğun yüksüz fakat kütlesi olan bir bozonun varlığına işaret etmiş olmasındandır. İşte, CERN’de varlığı araştırılan ve büyük ihtimalle bulunmuş olan bu yüksüz fakat ağır kütleli parçacık Higgs Bozonu olmaktadır. Higgs bozonu dengesiz ve hızla bozulan bir ara parçacık olduğundan deneysel olarak kanıtlanması oldukça zordur. Higgs parçacığı birçok şekilde bozunabildiğinden ona “Kütle veren” parçacık olarak bakılmaktadır. Medyada “Tanrı parçacığı” denmesinin de nedeni budur.
Ayrıca Bakınız: Füzyon Nedir? Ne İşe Yarar? Nasıl Yapılır?
Higgs Bozonu Neden Önemlidir?
Parçacıklara kütle kazandırması dışında Higgs’in esas büyük önemi, ilk atomların oluşumunu açıklayan elimizdeki en geçerli teori olan Standart Model’in bel kemiğini oluşturması. Bunu devasa ve bilmediğimiz sayıda parçadan oluşan bir yapboz gibi düşünün. Yapbozun bütün parçalarını bir araya getirsek bile sonunda nasıl bir resimle karşılaşacağımızı da bilmiyoruz. İşte bu devasa yapboz içinde matematik öyle gerektirdiği için olması gereken ama bu sabaha kadar da varlığı kanıtlanmamış olan ana parçalardan biriydi Higgs.
Evrenin başlangıç koşullarında bir “süper simetri” olduğuna inanılıyor. Bu simetri bir biçimde ve Higgs’in de katkısıyla bozuldu, o 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 yep yeni bir teoriye ihtiyacımız olacaktı
Higgs Bozonu Varlığı Gerçek Mi?
Tam rakamıyla söyleyecek olursak Higgs’in varlığından yüzde 99.9999426697 oranında eminiz şu an için. Gelecekte CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndan gelecek ilave verilerle bu rakam daha da yükselebilir ama hiçbir zaman yüzde 100 olmayacak Bunun sebebi klasik fizikte değil kuantum fiziğinde yatıyor. Kuantum mekaniğinin meşhur belirsizlik ilkesinin emirleri gereği atom altı parçacıkların konumunu ve hızını aynı anda bilemiyoruz. Bunu bilemediğimiz için de olasılık teorisinden ve bunun matematiğinden yararlanarak çok kuvvetli tahminler yapıyoruz.
Higgs parçacığını bulmak için İsviçre Fransa hududundaki CERN araştırma merkezinde 24 km çevresi olan yerin 50 metre altında bir sekizgen tünel kazmışlardır. LHC (Large Hadron Collider) “Büyük Hadron Çarpıştırıcısı” denmiş olan bu devasa aletin yapımına Aralık 1991 yılında karar verilmiş olsa da Avrupa devletlerinin onayı 1994 yılında alınabilmiştir.
Şimdi sürmekte olan deneyde protonlar iki zıt yönde dolanarak saniyede 11,000 kere karşılaşıyorlar. Bu karşılaşmaların hepsinde çarpışma gerçekleşmiyor. Fakat arada bir iki proton kafa kafaya çarpıştıklarında büyük miktarda enerji açığa çıkıyor. Higgs parçacığı da bu çarpışmaların sadece pek azında ortaya çıkabiliyor. Amaç bu nadir olayı saptayabilmektir.
