Fizik

Higgs Bozonu Nedir? Neden Tanrı Parçacığı Olarak Bilinir?

2012 yılının Temmuz ayı bilim dünyası için önemli bir zamandı. Fizikçiler, 40 yılı aşkın bir süredir kendilerini rahatsız eden bir gizemi sonunda çözmüşlerdi. Herkes hararetle birbirinin elini sıkarken yaşlı bir adam gözyaşlarına boğuldu. Bu başarının arkasındaki isim İskoç fizikçi Peter Higgs’ti. Fiziğin Standart Modeli’ndeki temel parçacıklar ailesine gerekli bir ekleme olan yeni bir temel parçacıkla ilgili öngörüsü, nihayetinde doğru bulunmuştu. Bu yeni temel parçacık Higgs bozonu, nam-ı değer ‘Tanrı Parçacığı’, CERN’de yapılan deneylerle keşfedildiği günden itibaren bilim dünyasında yeni kapılar araladı.

Higgs Bozonunun keşfi Tanrı parçacığı bulundu olarak yapıldı. Aslında bu da bir çok yanlış anlaşılmanın doğmasına neden oldu.

Higgs bozonu, bizlere Evren’in ilk oluşumunda yaşanmış olabileceklerle ilgili ipuçları verir. Diğer bir deyişle Evrenin başlangıcı olarak kabul edilen Büyük Patlamanın saniyenin milyonda biri kadar ertesinde ilk parçacıkların etrafa nasıl yayıldıklarını yorumlamamıza olanak sağlar. CERN’deki bilim insanları Higgs bozonunun varlığını, yok olduktan sonra ortaya çıkan etkilerden hareketle saptayabiliyorlar. Peki Higgs bozonunun Büyük Patlamayla ilgisi nedir? Neden Tanrı Parçacığı diyoruz? Cevaplar Higgs bozonunda saklı ve bu yazımız tam da bu konulara açıklık getiriyor.

Higgs Bozonu Nedir? Büyük Patlama ile İlgisi Neden Vardır?

Evren on dört milyar seneye yakın bir süre önce Büyük Patlama ile başladı. Evrenin ilk başta ısısı aşırı yüksekti çünkü patlamadan dolayı çok büyük miktarda enerji küçücük bir alana sıkışıp kalmıştı. Dahası bu enerji, o anda kainatta var olan tek kuvvet ve süper güç idi. Aynı zamanda Evrenimiz Büyük Patlamadan sonra doğduğunda simetrik özellikteydi, yani tüm yönlerde tam tamına aynıydı. En ufak bir çeşitlilik olmaksızın sonsuzluğa yayılıyordu. Fakat belli bir süre sonra, uzay genişleyip sıcaklık azaldıkça Evren’in sahip olduğu simetri bozuldu.

Önemli olan nokta, bir şeyin evrendeki simetriyi kırmış olmasıydı. Dahası bilim insanları, tek kuvvet olan süper gücün yerini birçok kuvvete nasıl bırakmak durumunda kaldığı cevaplayamamıştı. Simetrinin kırılması çok önemli bir durumun da habercisiydi. Bir şey tüm bu karmaşıklığı ve çeşitliliği yaratmıştı. İşte bu bir şeyin bulunuşu İskoç fizikçi Peter Higgs‘e Nobel Ödülü’nü kazandırdı.

Peter Higgs

Peter Higgs, kainattaki simetri kırılmasına sebep olması muhtemel, özel bir alanın varlığını iddia etti ve bu alanı Higgs alanı olarak isimlendirdi. Ayrıca yeterince yüksek bir enerji seviyesine erişildiğinde, Higgs alanı harekete geçerek ‘Tanrı parçacığı’ yani Higgs bozonu denen bir parçacığı saldığını düşündü. Bu düşünce ile CERN’de deneyler başlattı. Araştırma merkezinde şiddetli parçacık çarpışmalarına yol açarak Büyük Patlama sırasında var olanlara yakın koşullar yaratıldı. Bu gayretler sonucunda, 2012’de Higgs bozonu ile tanışmış olduk.

Higgs Bozonu ve Alanı Neden Önemli?

Higgs alanının önemli olmasının nedeni simetrinin nasıl kırıldığında saklıdır. Bütün uzay Higgs alanı içinde yüzüyordu ve parçacıklar sürekli olarak bu alanı kat ediyorlardı. Kainat ise tekdüze bir simetrideydi, çünkü bütün yönlere ışık hızında yayılma vardı. Higgs alanı simetrinin kırılmasıyla birlikte çeşitlilik yanılsamasını yaratılmasını sağlamıştı. Bu durumda Higgs kuvveti çok sayıda parçacığa bir kütle verdi ve parçacıklar otomatik olarak hız kaybettiler. Bu da demektir ki parçacıkların hepsi aynı hızla yayılmaya bıraktılar. Çünkü aniden kütleye sahip oldular. Bu kütleler ise atomları oluştu ve nihayetinde de biz oluştuk. Bu durumda çeşitlilik yanılsamasını yarattı. Ayrıca atomların oluşumunu açıklayan elimizdeki en geçerli teori olan Standart Model’in bel kemiğinde de Higgs Bozonu vardır.

Şimdiye kadar inşa edilen en büyük parçacık hızlandırıcı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) proton demetleri üretir, ışık hızına yakın hızlandırır ve bunları birbirine çarpıştırıp ortaya çıkan parçacıkları inceler. LHC bir dizi deney yapar ama Higgs bozonunun keşfi, herhalde en ünlü başarısıdır.

Higgs Alanı mı yoksa Higgs Bozonu mu Demeliyiz?

Higgs alanı, uzayın her yanını kaplayan görünmez bir örümcek ağı gibidir. Parçacıklar bu alandan geçerken, bazıları yapışkan ipliklere takılıyor; bu da onların kütle kazanmalarına ve yavaşlamalarına neden oluyor. Fakat diğer bazı parçacıklar için bu ağ bütünüyle saydam; hiç takılmadan içinden geçip gidiyorlar. Yeterince enerji verildiğinde, Higgs alanına takılan parçacıklar, enerjilerini alana aktarıp, bir Higgs bozonunu dışarı atabiliyor.

Kütlesiz parçacıklar Higgs alanı ile etkileşmediklerinden, onların neden Higgs üretemeyecekleri de anlaşılmış olur. Parçacıklar Higgs alanıyla ne kadar etkileşirse  kütleleri de o kadar büyür. Tam tersi de doğrudur ki; parçacık alanla ne kadar az etkileşirse kütleleri o kadar az büyür. Mesela, Higgs alanıyla etkileşmeyen fotonların kütleleri yoktur. Diğer bir örnek, bir masaya dokunduğumuzda, bir kütlesi olduğunu saptırıyoruz, çünkü Higgs alanı onu oluşturan parçacıklara kütle kazandırmıştır. Kendi vücudumuz dahil, sağlam bir nesne gördüğümüzde, Higgs alanının bir etkisine tanık oluyoruz.

Higgs alanını hissetmeyiz. Bu durum elektromanyetik ve kütle çekim alanlarına da hissetmesekte, etkilerini hissetmemiz gibi. Mesela, etrafımıza baktığımızdan nesneleri ayırt ederiz çünkü ışık vardır. Oysa ışık elektromanyetik alanın dalgalanmasından başka birşey değildir. Yürürken yere basıyoruz çünkü kütle çekim alanı bizi dünyanın merkezine doğru çekiyor. Higgs alanı parçacıklara kütle verdiği için hissetmememize rağmen bütün uzayda dolaşıyor.

Neden ‘Tanrı Parçacığı’ Diyoruz?

Tanrı Parçacığı isminin bir şakadan ibaret olduğunu söyleseydik ne düşünürdünüz? Peter Higgs, Standart Model’i popüler dilde anlatmayı deneyen bir kitabın içinde, parçacığa adını veren ‘Şu Allahın belası parçacık bulunamadı gitti.’ sözlerini kullanmıştı. O cümle zamanla kılık değiştirdi ve ‘Tanrı Parçacığı’ ismi halini aldı. Gazetelerde, televizyonlarda, sosyal medyada bu isimle popüler oldu. Aslına bakarsak bilim, bu parçacığın Tanrıyla bir ilişkisi var mı yok mu, bu konuya bakmıyor. Bilimin aradığı cevap ilk atomların nasıl oluştuğu ve bu doğrultu da evrenin nasıl oluştuğudur.

Göz Atmak İsterseniz

Kaynaklar ve İleri okumalar:

  • Kelly Dickerson; Here’s what scientists really wanted to call the world’s most famous particle; Yayınlanma Tarihi: 20,05,2015; Yayınlandığı yer: Businessinsider; Bağlantı: https://www.businessinsider.com/
  • Joe Lykken; The future of the Higgs boson; Yayınlanma Tarihi: 1 Kasım 2013; Yayınlandığı yer: Physicstoday Bağlantı: https://physicstoday.scitation.org/

Matematiksel

Şefika Çokcoşkun

İstanbul Üniversitesi 'Nükleer Fizik' anabilim dalında yüksek lisans mezuniyetim sonrası yazarlık serüvenim başladı. Bilimin hayatın parçalarından biri olduğunu aktarmak her bilim insanı gibi benim de görevim... Okumak, dinlemek, merak etmek, araştırmak hep bir adım daha atmamı sağlıyor. Paylaştıkça çoğalacağımız günler yakındır...

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu