Antimadde genellikle bilim kurguyla özdeşleştirilir. Melekler ve Şeytanlar adlı kitap ve filmde Profesör Langdon, Vatikan’ı bir antimadde bombasından kurtarmaya çalışır. Star Trek evreninde ise Enterprise uzay gemisi, ışıktan hızlı yolculuk için madde–antimadde yok oluşuna dayalı bir itki sistemi kullanır.
Ancak antimadde yalnızca hayal ürünü değildir; fiziksel bir gerçektir. Antimadde parçacıkları, taşıdıkları elektrik yükü ve spin yönü dışında, madde karşılıklarıyla neredeyse aynıdır. Ancak madde, antimaddeyle karşılaştığında, ikisi de anında yok olur ve saf enerji açığa çıkar.
Antimadde bombaları ya da antimaddeyle çalışan uzay gemileri bugün için gerçekçi olmasa da, antimaddeye dair bilinen pek çok özellik zihni gerçekten kışkırtacak niteliktedir.
Antimadde nedir?
Aslında tam olarak da adının söylediği şeydir. Evrenimizin çoğunluğunu oluşturan normal maddenin tam tersidir. Etrafınızdaki tüm sıradan madde, atom adı verilen temel yapı taşlarından oluşur. Atomların merkezinde pozitif yüklü protonlar bulunur; bunların çevresinde ise çok küçük, negatif yüklü elektronlar dolaşır. Antimadde ise, sıradan maddenin zıt yüklü ikizidir.
Protonlar ve elektronlar gibi tüm parçacıkların birer antimadde karşılığı vardır. Elektronların karşılığı pozitronlardır; yani anti-elektronlar. Protonların karşılığı ise antiprotonlardır. Antiprotonlar ve pozitronlar bir araya gelerek antimadde atomlarını, yani anti-atomları oluşturur. Bunlar, elektrik yükleri tersine çevrilmiş ayna görüntüleri gibidir.
Kurama göre Büyük Patlama, madde ve antimaddeyi eşit miktarlarda üretmiş olmalıydı. Madde ile antimadde karşılaştığında birbirini yok eder ve geriye yalnızca enerji kalır. Bu durumda, ilke olarak, hiçbirimizin var olmaması gerekirdi.
Ama varız. Fizikçilerin bugün görebildiği kadarıyla bunun nedeni, her bir milyar madde–antimadde çifti için geriye yalnızca bir fazladan madde parçacığının kalmış olmasıdır. İşte bu küçük ama hayati dengesizlik, evrenin ve bizim varlığımızın temelini oluşturur.
Antimadde ne kadar yaygındır?
Uzaydan gelen yüksek enerjili parçacıklar olan kozmik ışınlar aracılığıyla, çok küçük miktarlarda antimadde sürekli olarak Dünya’ya ulaşır. Bu parçacıklar atmosfere, metrekare başına bir taneden az ile yüz taneden fazla arasında değişen oranlarda girer. Bilim insanları ayrıca güçlü fırtınaların üzerinde de antimadde üretildiğine dair kanıtlar gözlemlemiştir.
Ancak antimadde kaynakları aslında bize daha da yakındır. Örneğin muzlar antimadde üretir. Ortalama olarak her 75 dakikada bir, bir pozitron yani elektronun antimadde karşılığı açığa çıkarırlar. Bunun nedeni, muzların doğal olarak bulunan potasyum-40 izotopunu içermesidir. Potasyum-40 bozunurken, bazen süreç sırasında bir pozitron yayar.
Vücudumuzda da potasyum-40 bulunduğu için, sizden de pozitronlar yayılmaktadır. Ancak antimadde, maddeyle temas ettiği anda yok olduğu için bu parçacıkların ömrü son derece kısadır.
Antimadde ile maddenin yok olması, çok büyük miktarda enerji açığa çıkarma potansiyeline sahiptir. Kuramsal olarak bir gram antimadde, bir nükleer bomba büyüklüğünde bir patlama üretebilir. Ancak insanlığın şimdiye kadar üretebildiği miktar son derece küçüktür.
Antimadde Ne İşe Yarar?
Antimadde yaklaşık yüz yıl önce keşfedildi. Günümüzde bilim insanları antimaddeyi laboratuvar ortamında üretebiliyor, depolayabiliyor ve ayrıntılı biçimde inceleyebiliyor. Özellikleri artık oldukça iyi biliniyor. Hatta tıpta bile kullanılıyor.
PET taramalarında, vücuda çok küçük miktarlarda antimadde üreten atomlar enjekte edilir. Bu atomlar vücutta dolaşırken, antimadde ile normal maddenin yok olması sonucu ortaya çıkan ışık parlamaları görüntülenir. Bu süreç, doktorların vücudun içinde neler olup bittiğini ayrıntılı biçimde görmesini sağlar.
Antimadde, bir başka egzotik madde türü olan karanlık maddeyle de ilginç bağlantılar taşır. Gözlemler, karanlık maddenin evrenin her yanına yayıldığını ve normal maddeden yaklaşık beş kat daha fazla olduğunu gösterir. Buna rağmen, karanlık madde şimdiye kadar doğrudan tespit edilememiştir.
Karanlık maddeye ilişkin bazı kuramlar, iki karanlık madde parçacığının çarpıştığında birbirini yok ederek madde ve antimadde parçacıklarından oluşan bir patlama üreteceğini öngörür. Bu süreç, anti-hidrojen ve anti-helyum oluşumuna yol açabilir. Uluslararası Uzay İstasyonu’nda bulunan Alpha Manyetik Spektrometresi adlı deney, uzayda bu tür izleri aramaktadır.
Sonuç olarak
Son yüzyıl içinde antimadde hakkında çok şey öğrendik. Buna rağmen, evrende neden bu kadar az gördüğümüz sorusuna hâlâ tatmin edici bir yanıt verebilmiş değiliz.
STAR deneyi, antimaddenin doğasını ve evrende nereye kaybolduğunu anlamaya çalışan tek çalışma değil. İsviçre’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda yürütülen LHCb ve ALICE gibi deneyler de, madde ile antimadde arasındaki davranış farklarını araştırarak bu konuya ışık tutmayı amaçlıyor. Bu çalışmalar, aradaki küçük asimetrilerin izini sürerek anlayışımızı derinleştirmeyi hedefliyor.
Belki de 2032’de, antimaddenin ilk keşfinin yüzüncü yılına gelindiğinde, bu tuhaf “ayna maddenin” evrendeki yeri hakkında önemli ilerlemeler kaydetmiş olacağız. Hatta belki de onun, hâlâ gizemini koruyan karanlık maddeyle nasıl bağlantılı olduğunu da öğrenmiş olacağız.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Ten things you might not know about antimatter; yayınlanma tarihi: 28 Nisan 2015; Bağlantı: https://www.symmetrymagazine.
- STAR Collaboration. Observation of the antimatter hypernucleus . Nature632, 1026–1031 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07823-0
Matematiksel
