Bilim insanları, küçük proton paketlerini ışık hızına ulaşıncaya kadar hızlandırıp sonra karşı protonlarla çarpıştırdıklarında, madde parçacıklarıyla birlikte modern fiziğin temellerinin de parçalanacağını tahmin etmemişlerdi
Protonlar, atom çekirdeğini oluşturan parçacıklar ve onlar da kuarklardan meydana geliyorlar. Kuarklar ise, kimse tarafından görülmeyen ve genleşme değerinin sıfır olduğu kabul edilen küçük yapılardır (kuark tanımlaması kaynağını, İrlandalı yazar James Joyce'un (1882-1941), "kuark teorisi" kadar karmaşık romanı "Finnegan's Wake"ten alıyor).
Fizikçiler, dünyanın çekirdeğini bulmaya yönelik yüzyıllardır süren arayışlarında, sürekli maddenin derinliklerine ulaştılar. Önce atomları, sonra bin kat daha küçük olan atom çekirdeğini, ardından da atom çekirdeğindeki alt yapılar olan protonları, nötronları ve diğer yüzlerce "elementer parçacıklar"ı keşfettiler. En sonunda hayvanat bahçesini andıran bu parçacıklar dünyasını, "Standart Teori" adını taşıyan karmaşık bir teoriyle düzenlediler.
Bu teori, dünyanın çekirdeğini, kuark, gluon ve lepton (bunlar, bazen madde, bazen enerji yapısında olan ve şüpheli bir durumda aniden kaybolan tuhaf parçacıklar) olarak tanımlanan yapı taşlarından oluşan hareketli (kaçmaya hevesli) bir yapı olarak tanımlıyor. Dünya üzerindeki hiçbir şey, bizim bildiklerimizle sınırlı değil: Kuarklar sadece ikili ya da üçlü gruplar halinde bulunuyor ve bünyelerinde gizemli renkler taşıyorlar; gluonlar ise proton ve nötron gibi parçacıkların içinde yaşıyorlar. Bütün hepsi bir araya geldiğinde aşırı çekingen bir yapı sergiliyor, insanın onu gözlediğini fark edince yapısını değiştiriyorlar.
Aslında bu teori, daha çok mistik bir etki yaratıyor. İleri sürülenler, herkes tarafından kavranamayacağı için, bazı bölümleri gizli tutulan özel bir bilgi görüntüsü çiziyor. Ancak teoriye verilen isim, sanki her şey kontrol altındaymış izlenimini veriyor: "Maddenin standart modeli". Teori, dünyanın, en merkezde sadece iki parçacık grubundan oluştuğunu ileri sürüyor: altı farklı yapıdaki kuarklar ve akrabalarıyla birlikte elektronlar. Dünya, çeşitli kuvvet parçacıklarının meydana getirdiği dört temel kuvvet sayesinde bir arada kalıyor. Bunlardan birincisi, elektronları atom çekirdeğine bağlayan, elektrik akışını sağlayan ve bütün kimyasal olayların temelinde yer alan "elektromanyetik kuvvet". İkincisi, günlük yaşamda kesinlikle fark edilmemekle birlikte radyoaktif parçalanma ve güneş üzerindeki olaylarda rol oynayan "zayıf kuvvet". Üçüncüsü, atom çekirdeğinin dağılmasını önleyen ve atom bombasının patlaması sırasında açığa çıkan "güçlü kuvvet". Dördüncüsü ise, elmanın ağaçtan düşmesini sağlayan, yeryüzünün dağılmasını önleyen ve yıldızlar, gökadalar ve gökada yığınlarının şekillenmesini sağlayan "kütleçekim kuvveti".
Ancak, fizikçiler "standart model" konusunda sıkıntılar yaşıyorlar. Karşı parçacıklar, farklı renkteki kuarklar ve kuvvet parçacıklarının hepsi dahil edildiğinde, model 61'den fazla parçacığı kapsıyor. Ama, modelde yer alan kuarkların birbirinden çok farklı kütlelere sahip olmalarının nasıl açıklanması gerektiğini, ayrıca bu parçacıkların birçoğuna neden ihtiyaç duyduğumuzu kimse açıklayamıyor. Günlük dünyamız iki kuark ve bir elektronla şekilleniyor. Öyleyse geri kalanlar ne işe yarıyor?
| |
Araştırmacıların kesin olarak bildikleri bir şey var: Kuarkların içinde gerçekten daha küçük parçacıklar bulunuyorsa, bunlar aşırı yüksek enerjiye sahip olmalılar. Çünkü, kuark milimetrenin milyarda birinin milyonda biri büyüklüğe sahip. Bu kadar küçük bir alanda hareket edebilen bir parçacığın, Heisenber’in "Belirsizlik Teorisi"ne göre, yüksek bir hıza ve onunla birlikte de yüksek bir enerjiye sahip olması gerekiyor.
Bu nedenle elementer parçacık fiziği uzmanları, Chicago kentinin kenarına kurulmuş Tevatron dairesel hızlandırıcıyı çalıştırıp, içine o güne kadar kullanılan en yüksek enerji olan 900 milyar elektronvoltluk (bir elektron, 1 voltluk bir gerilimin içinden geçtiği zaman, 1 elektronvoltluk enerjiye sahip oluyor) enerjiyi pompaladıklarında çok heyecanlanmışlardı. Deneyleri için, saniyeler süren bir zaman diliminde, Chicago’nun bir yıllık elektrik tüketimine karşılık gelecek kadar enerji kullanılmıştı. Proton paketleri artan bir hızla yeraltındaki tünelin içinde uçuyor ve tünel duvarında yer alan dev elektromıknatıslarla yönlendiriliyordu. Proton paketleri en yüksek hıza ulaştığı anda bir karşı madde paketine çarptı. Parçalanması mümkün olmayan parçacıkların bozulması da söz konusu olamaz. Ancak tuhaf bir şekilde milyonlarca dolar değerindeki dev ölçüm cihazları, paketlerin her milyarıncı karşılaşmalarında, çarpışmanın gerçekleştiği noktanın sağ köşesinden fırlatılan parçacık yağmurları kaydettiler. Sanki parçacıklar, kuarkların içinde bulunan çok yoğun bir şeyle çarpışmışlardı.
Aslında bu, gerçekleşmesi mümkün olmayan bir şeydi. Bilim insanları deneyi tekrarladılar. Bu esrarengiz parçacık yağmuru yeniden oluştu. Fizikçiler bir sorunla karşı karşıyaydılar. Fermi Laboratuvarı araştırmacısı William Carithers, altı yıl önce "Öyle görünüyor ki, kuarklar maddenin temel parçacıkları değiller ve başka bir tür iç yapıya sahipler" demişti.
Böylece, "standart model" proton paketlerinin yağmurları altında erimeye başlamıştı. Dünyada kuarktan daha küçük yapı taşları mevcut olabilirdi. Bunlara "preonlar" ya da "haplonlar" (Yunanca haplos kelimesinden alınma. Haplos: basit, tek, sade) adı veriliyor. Şu anda bu parçacıklarla ilgili bilinen tek şey de bu zaten. Preonlar sadece, kuarkları parçalamak için çok fazla enerji kullanıldığında kendilerini gösteriyorlar. Fizikçilerin deneyinde ortaya çıkan bu şaşırtıcı bulgunun, kuarkların parçalanması mı, yoksa bir hesap hatası nedeniyle ortaya çıkan bir sonuç mu olduğu tam anlamıyla bilinmiyor. Çünkü, Chicago'da bulunan ve adı "Dzero" olan bir diğer araştırma grubu, deneyi tekrarlamış ve preonlara ulaşamamıştı. Ancak bu, onların olmadığı anlamına gelmiyor. Belki de deneylerinde daha çok enerji kullanmaları gerekiyor. Bu yüzden bilim insanları, atom çekirdeğinin daha derinliklerindeki bilinmeyenlere ulaşabilmek için hükümetlerinden, yeni ve daha dev boyutlarda dairesel hızlandırıcılar talep ediyorlar. Ancak, böyle tesisler o kadar maliyetli ki, bunu tek başına bir devletin karşılaması mümkün değil. 1994 yılında, bugüne kadar planlanan dünyanın en büyük hızlandırıcısı SSC'ın (Superconducting Super Collider) yapımı, harcanması düşünülen 9 milyar doların 2 milyarı kullanıldıktan sonra, parasal nedenler gerekçe gösterilerek Amerikan Kongresi tarafından durduruldu.
Vergi ödeyen halka, yeraltında inşa edilen bu dev tünel sisteminin mantığını anlatabilmek her geçen gün zorlaşıyor. Elementer parçacık fiziği bir temel araştırma bilimi. Merakımızı tatmin ediyor, ancak araştırdığı konular nadiren pratik kullanım değeri taşıyor. Gerçi her geçen gün daha büyük makineler dünyamızın daha egzotik bir yapı taşını gün ışığına çıkarıyor. Ama birçok kişi, insanımızın, elde edilen bu bulguları anlayabilecek durumda olup olmadığı konusunda kuşku duyuyor. Fizik biliminin en cesur beyinleri, yeni ölçümlerin standart modelin ötesine ulaşması durumunda, konuya hazırlıklı olabilmek için beyin fırtınaları yapıyorlar. Gerçekte, dünyayı oluşturan parçaları ve bu parçaları bir arada tutan şeyin ne olduğunu açıklamaya çalışıyorlar. Asıl istedikleri, atom çekirdeğinin içinde yaşanan tuhaf olayları ve uzaklarda bulunan yabancı gökadalardaki ortamları tarif eden basit bir "Dünya Formülü"ne ulaşmak. Bu formül, aynı zamanda, Einstein'a ait "Genel Görelilik Teorisi" ile Heisenberg'e ait "Kuantum Mekaniği Teorisi"ni birbirinin içinde eritmeliydi.
Ama bu, insan beyninin yeteneklerini fazlasıyla aşıyor. Tek başına Genel Görelilik Teorisi bile düşüncenin sınırlarını zorluyor. Teori, uzay ve zamanın, evrende bulunan büyük kütlelerin etkisiyle büküldüğünü ifade ediyor. Kuantum mekaniğini anlayabilmek ise daha da zor. Bu teori de, elektronların atom çekirdeğinin çevresinde bulunan sağlam yörüngeler etrafında dönmediğini, hatta bunların parçacık bile olmayıp, parçacık ve dalgadan oluşan tuhaf, çift türlü yapılar olduğunu ve bu nedenle atom içindeki yerini tam olarak belirlemenin imkânsızlığını ileri sürüyor.
Araştırmacıların formülleri karmaşıklaştıkça, ileri sürülen teoriler de varsayım düzeyinde kalıyor. Belki de maddenin içinde bulunan en küçük parçacıklar, nokta biçiminden çok, muhallebi tarzında yapılardır. İnceleme yapmaya kalkıldığında kayboluyorlar. Uzaydaki yeri belirsiz; bir burada, bir orada; ama, her zaman tam olarak insanların gözlem yapmadığı bir yerde bulunuyorlar.
Bazı bilim insanları da süper sicimlerle ilgili teoriler geliştiriyorlar: Yaşamın en küçük yapı taşı nokta şeklinde değil, iç içe geçmiş titreşen sicimler (strings) şeklindeki yapılardan oluşuyor. Bu sicimler sadece bilinen boyutlara (zaman ve uzay) değil, on ya da hatta on bir boyuta sahip. Bir yerlerde, görünmez bir şekilde, yumak halinde sarılı olduğu için biz bu boyutları göremiyoruz.
Bu nesnelerin (tabii söz konusu olanın nesne olup olmadığı da bilinmiyor) tarif edilmesi imkânsız. Princeton'daki Elite Üniversitesi'nde görevli fizik dahisi ve belki de dünyanın en zeki insanı olan Edward Witten bile, süper sicimler söz konusu olunca, ne kadar büyülendiğini ve onları garip bulduğunu gizleyemiyor. Chicago Üniversitesi'nde görevli bir başka araştırmacı kozmolog Michael Turner, geliştirdikleri teorileri, altı yaşındaki oğlunun kargacık burgacık çizimlerine benzetiyor ve varsayımlarının da en fazla bu kadar anlaşılır olduğunu düşünüyor.
Ancak araştırmacılar yine de pes etmiyorlar. Witten, bazen saatlerce koltuğuna uzanıyor ve gözlerini tavana dikerek evrenin yapısını açıklamayı amaçlayan "M-Teorisi" üzerine düşünüyor. Teoriyi henüz tek bir formül haline getiremiyor. Daha, M harfinin anlamını bile çözmüş değil. Süper sicim teorisini irdeleyen bilim insanları M kelimesinin sır, gizem anlamına gelen "Mysterium"dan geldiğini düşünüyorlar. Ancak, bu durumda tanımlama fiziksel değil, dinsel bir nitelik taşıyor; sanki, rasyonel bilgi ve rasyonel araçlarla analiz yapan yöntemlerden temel olarak uzak bir sırrı tanımlıyor. Doğa araştırmacıları, bazen, dünyanın en merkezinde yer alan şeyin, gerçekten de insanın ulaşamayacağı bir noktada olduğunu düşünüyorlar. Bugün bile hâlâ, evrende bulunan kütlelerin yüzde 90'ının nelerden oluştuğunu bilmiyoruz. Uzayın derinliklerine inen her araştırma, karşımıza yeni sorular çıkarıyor. Kısa süre önce, nereden geldiği belli olmayan, ancak uzaktaki gökadaları birbirinden ayıran bir "karanlık enerji" keşfedildi... İnsanoğlu, bir gün gelip bütün denklemlerin toplandığı tek bir denklem bulsa da, bütün formüllerin temelinde yatan ana formülün ne olduğu sorusunu kendine yine soracak gibi görünüyor.
Bilim insanları hep daha da küçük parçacıklara ulaşmanın hayalini kurarken, fiziğin o tuhaf yasasıyla karşı karşıyalar: Parçacıklar küçüldükçe, ağırlıkları artıyor, öyle ki bütün evreni tartabilecek bir noktaya ulaşabilir. Bu parçacıklardan bir tanesinin parçalanması, yeni bir büyük patlamaya yol açıp evrenin yeniden şekillenmesine neden olabilir. O zaman evrenin bu en küçük parçacığı, varlığımızın temel nedeni ve gerçek bir "parçacıkların tanrısı" olarak tanımlanabilir...
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder