Neden Antimaddeden Değil de Maddeden İbaretiz?

Uzay Yolu dizisinde yıldızlararası yolculuk yapan gemiler ışık hızında yol alıyordu. Bunun için warp sürücüsünü kullanıyor, onu da madde ile antimaddenin bir araya gelerek ortaya çıkardığı enerjiyle çalıştırıyorlardı. Dan Brown’ın aynı adlı romanından uyarlanan Melekler ve Şeytanlar filmindeyse Tom Hanks’in canlandırdığı Profesör Langdon, Vatikan’ı her an patlamaya hazır bir antimadde bombasından kurtarmaya çalışıyordu. Bilimkurgu dünyasında maddenin bu anlaşılmaz hali karşımıza oldukça sık biçimde çıkıyor. Ancak sanılanın aksine antimadde son derece gerçek.

Antimadde nedir?

Antimadde ilk defa 1928 yılında Paul Dirac’ın çok yüksek hızlarda hareket eden elektronların kuantum mekaniğini tariflemek için birtakım denklemler üzerinde çalışması esnasında gündeme gelmişti. Dirac, geliştirdiği denklemde kuantum mekaniği ve göreliliği de içine alacak şekilde yüksek hızda hareket eden elektronların davranışlarını tanımlamaya çalışmıştı. Bu çalışmalarının neticesinde Dirac, 1933 yılında fizik Nobel ödülünü alsa da bir gariplik fark etmişti. Dirac’ın denklemi elektrona benzeyen fakat onun aksine pozitif elektrik yükü taşıyan bir parçacığın da hareketini göstermişti. Dirac buna antielektron adını vermiştir.

Maddede artı yüklü protonlar, eksi yüklü elektronlar bulunuyor. Antimadde ise bunun tersi. Buna ek olarak yüksüz nötronların da tersi antimadde içinde bulunuyor.

Antielektron birçok yönden elektrona benziyordu. Ama elektrik yükü tersti. Dirac’ ın bu fikri öne sürmesinden kısa bir süre sonra, antielektronun (artık pozitron olarak adlandırılmakta) mevcudiyeti tespit edildi. Günümüzde, yüklü parçacıkların neredeyse hepsinin bir antiparçacığı olduğu belirlenmiştir. Antiparçacıklar, parçacık çarpışmalarında kolaylıkla üretilebilmektedir. Uzaydan gelen kozmik ışınlar da bazen antiparçacıkları bünyesinde barındırabilmekte veya atmosferle çarpıştıklarında kısa süreli antiparçacıkların ortaya çıkmasına sebep olabilmektedir.

Antiparçacık Yok Oluşu

Bir parçacık, antiparçacık ikiziyle karşılaştığında, iki parça da ortadan kaybolur ve kütleleri, foton veya gluon gibi yüksek enerjili kuvvet taşıyan parçacıklara dönüşür. Bir gramlık antiparçacık bir gramlık normal parçacıkla birleştiğinde ortaya kırk kilotondan daha fazla bir kuvvet çıkar. Bu da nükleer bombaların yarattığından iki kat daha şiddetli bir enerji seviyesi demektir.

Evrenin başlangıcında madde ve antimadde oranı eşitti. Madde ve antimadde karşılaştıklarında yok olurlar ve geride enerjiden başka bir şey bırakmazlar. Yani prensipte hiçbirimiz var olmamalıyız. Ama varız. Fizikçilerin söyleyebileceği kadarıyla, bunun tek nedeni, her bir milyar parçacık çiftine karşılık bir tane fazladan madde parçacığı. Fizikçiler bu asimetriyi açıklamaya halen çalışıyorlar. Antiparçacıklar da tıpkı normal parçacıklara benzer biçimde nötronlar ve protonlar gibi daha karmaşık parçacıkların anti-versiyonlarını oluşturmak üzere birleşebilir. Bu durumda bir kez antielektronlara, antiprotonlara ve antinötronlara sahip oldunuz mu teorik olarak antiatomları da üretmenizin mümkündür.

Anti Her şey

Madde; yüksüz nötronlar, artı yüklü protonlar ve eksi yüklü elektronlar gibi atom altı parçacıklardan oluşuyor. Antimadde de aynı şey, ancak yükler ters ve inanılmaz bir enerji potansiyeline sahip. Bunun sonucunda da madde ile karşı karşıya geldiğinde ikisini de yok olup enerjiye dönüşüyor. Sorun bu kadar verimli bir kaynak olduğunu bilmemize rağmen antimaddeyi elimizde tutamadığımız için nasıl işleyeceğimizi de bulamıyor oluşumuz.

Teorik olarak, yeteri kadar antiparçacığı bir araya getirdiğinizde “anti-her şey” yapabilirsiniz. Örneğin, iki antihidrojeni bir antioksijen ile birleştirerek antisu elde edebilirsiniz. Aslında, şartlar tersine çevrilseydi ve biz antiparçacık denilen şeylerden meydana gelmiş olabilirdik. O zaman antiparçacıkları “madde” ve normal olanlarını da “antimadde” olarak tanımlardık çünkü sonuç olarak bütün bu tanımlamalar keyfekederdir.

Neden Antievren Değil de Evren?

Madde her yerdedir ama antimadde neredeyse hiçbir yerde bulunmaz. Göründüğü kadarıyla evren, antimaddeden çok daha fazla maddeye sahiptir. Eğer madde ve antimadde birbirlerine denk ama zıt versiyonlarıysa o zaman Büyük Patlama sonrasında aynı miktarda parçacık ve antiparçacığın ortaya çıkmış olmasını bekleriz. Ama bu senaryo gerçek olsaydı eninde sonunda bu parçacıklar birbirlerini bulup yok etmeleri ve evrendeki bütün maddenin de fotonlara dönüşmesi gerekirdi. Evren tercihini maddeden yana kullanmış gibi gözüküyor. Peki, ama neden? Bunun için iki olası neden ortaya sürülüyor:

Madde ve Antimadde
  • 1. Olasılık: Büyük Patlama esnasında antimaddeden daha fazla madde yaratımı olmuştur. Madde ve antimadde birbirini yok etmiş geriye kalan az miktardaki madde de bugünkü evreni oluşturmuştur.
  • 2. Olasılık: Büyük Patlama esnasında eşit miktarda madde ve antimadde yaratılmış, ama parçacıkların kendi doğalarından kaynaklanan bir sebep yüzünden ortada antimaddeden daha fazla madde kalmıştır.

Şimdilik bildiğimiz olasılıklar bu kadar. Ama yine de bildiklerimiz bilmediklerimizin yanında gölgede kalıyor. Öncelikle, antimaddenin var olma sebebini bilmiyoruz. Antiparçacıkların kütle çekimini normal madde parçacıkları gibi hissedip hissetmediklerini bilemiyoruz. Bu soruyu cevaplamaya yetecek miktarda antimaddeyi gözlemlemeyi henüz başaramadık. Antimadde, kütleçekimini ters yönde hissediyor olabilir mi? Bu gerçek olsaydı bir şekilde antimadde ürettikten sonra onların “anti kütleçekimsel” özellikleriyle neler yapabileceğimizi bir düşünün! Çocukken hayalini kurduğunuz uçan spor ayakkabıları gerçek olabilir!



Kaynaklar:

  • Ten things you might not know about antimatter; yayınlanma tarihi: 28 Nisan 2015; Bağlantı: https://www.symmetrymagazine.
  • Jorge Cham ve Daniel Whiteson; Hiçbir Fikrimiz Yok, Bilinmeyen Evrenin Kılavuzu, İndigo Yayınevi
  • When matter and antimatter annihilate each other; Yayınlanma tarihi: 23 Ocak 2012; Bağlantı: https://astronomy.com

Dip Not

Matematiksel, 2015 yılından beri yayında olan ve Türkiye’de matematiğe karşı duyulan önyargıyı azaltmak ve ilgiyi arttırmak amacıyla kurulmuş bir platformdur. Sitemizde, öncelikli olarak matematik ile ilgili yazılar yer almaktadır. Ancak bilimin bütünsel yapısı itibari ile diğer bilim dalları ile ilgili konularda ilerleyen yıllarda sitemize dahil edilmiştir. Bu sitenin tek kazancı sizlere göstermek zorunda kaldığımız reklamlardır. Yüksek okunurluk düzeyine sahip bir web sitesi barındırmak ne yazık ki günümüzde oldukça masraflıdır. Bu konuda bizi anlayacağınızı umuyoruz. Ayrıca yazımızı paylaşarak da büyümemize destek olabilirsiniz. Matematik ile kalalım, bilim ile kalalım.

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bu Yazılarımıza da Bakmanızı Öneririz