Şu Higgs'i Bana Bi Anlatsana

Şu Higgs'i Bana Bi Anlatsana

Kime sorsanız şöyle başlar;

“Higgs bozonu, Standart Model Teorisi’nin henüz bulunamamış olan tek eksik parçası.”

Hmm. Aslında değil. Bu teori hepimizin en iyi bildiği fizik kuvveti olan kütle çekimini de açıklayamıyor. Tam bu noktada biraz Standart Model'den bahsetmek gerek.

1930′ların ortasında maddenin yapısı üzerine çıkartılan harita neredeyse tamamlanmış gibi duruyor, proton, nötron ve elektronların madde çekirdeğini oluşturan en küçük yapı taşları olduğu sanılıyordu. Bu bir yanılsamaydı. Tabii proton ve nötronları bir arada tutan şeyin ne olduğu da bilinmiyordu. Bunu araştırmak için parçacık hızlandırıcı laboratuarları kuruldu. Böylece yüksek momentum ve kısa dalga boylarında parçacıkların incelenmesi mümkün olacaktı. Deneyler başladı ve sürprizler art arda geldi. Sir Isaac Newton’dan devralınan fiziğin kuralları değişmeye başlamıştı. Önce baryon ve mezon adı verilen parçacıklar, ardından nötron ve protonları oluşturduğu anlaşılan kuarkların bulunması fizik dünyasında büyük bir devrim yarattı. Bu durum, neredeyse tamamlanmış sayılan fiziğin köklerinden sarsılması anlamına geliyordu. Yeni gelişmelerin neticesinde, bilim insanları evreni ve onu meydana getiren maddeyi anlayabilmek için daha modern bir algıyla yaklaşarak parçacık fiziğinin doğuşuna öncülük ettiler. Keşfedilen altı adet kuarkın yanı sıra, lepton adı verilen altı adet parçacık vardı. Dahası bunların bazıları fiziğin 4 temel kuvveti olarak bilinen kütle çekimi, zayıf/güçlü çekirdek kuvvetleri ve elektromanyetik kuvvetin taşıyıcı parçacıklarıydı. Kütle çekiminin taşıyıcı parçacığı gravitonlar, zayıf çekirdek kuvvetinin W-Z bozonları, güçlü çekirdek kuvvetinin gluonlar, elektromanyetik kuvvetin ise fotonlar…

İşte böylece madde çekirdeğini oluşturan en temel alt parçacıklar ortaya çıkmış oldu. Dahası, bu parçacıklar henüz açıklanamamış olan bir biçimde birbirleriyle etkileşime giriyor ve yüklerini değiştirebiliyorlardı. Peki, bunun sebebi neydi? Tabii tüm bunlar öylesine yeni gelişmelerdi ki bulunan parçacıkların birbirleriyle girdikleri etkileşimi açıklayan tek bir fizik kuramı yoktu. Dolayısıyla yeni kuramlara ihtiyaç duyulmaya başlandı. O sıralarda kuantum mekaniği de iyice şekillenmeye başlamıştı. Mikro düzeydeki parçacıklar dünyasını açıklayan Kuantum Mekaniği ve Einstein'ın makro ölçekli (yıldızlar, gezegenler, vs..) dünyayı açıklayan Genel Görelilik Kuramı böylece karşı karşıya geldiler. Sorun şuydu; bu iki teori birleştirilemiyordu. Sebebi de kütle çekim gücünün kuantum mekaniği ölçeğinde açıklanamıyor oluşuydu. Nihayetinde bilim dünyası ‘Her Şeyin Teorisi’ adını verdiği, iki teoriyi birleştirebilecek ya da en azından parçacıkların etkileşimlerini açıklayabilecek bir kuram arayışına girdi. Tam bu noktada, aralarında Peter Higgs'in de bulunduğu altı fizikçi tarafından Standart Model teorisi geliştirildi. Standart Model, parçacıkların birbirleriyle etkileşimlerini açıklayabildiği için hemen kabul gördü. Ama kütle çekim gücü nedeniyle açılan boşluğu doldurmaktan bir hayli uzak olduğu da aşikardı.

Kuramın bel kemiğini Higgs Alanı oluşturuyor. Parçacıkların nasıl kütle kazandığını açıklamak üzere yaratılan Higgs Alanı teorisi, fermiyonların (kuark ve leptonlar) bu elektromanyetik alanda değiştiğini söylüyor. Yük değişimini tetikleyen faktör ise sadece Higss Alanı’nda varlığını sürdüren bir bozon. Bozonlar, fizikçi Satyendra Nath Bose tarafından keşfedilen, fermiyonlara güç yükleyebilecek değere sahip, yani daha bilimsel anlamıyla spini tam sayı olan parçacıklar. Özetle; Higgs bozonu adı verilen bu parçacık, proton, nötron ve kuark gibi diğer parçacıklarla Higgs Alanı’nda etkileşime giriyor ve onlara kütle kazandırıyor.

Higgs bozonu aslında kütle çekim gücünün teoriye eklenememesi nedeniyle bir türlü tamamlanamayan Standart Model'i haklı çıkarmak için ortaya atılan bir fikir. Çünkü atom altı parçacıklar üzerindeki etkisi çok zayıf olduğundan, kütle çekim kuvveti oyunun dışında tutulmuştu. Teorik olarak incelenmiş fakat ancak çok yüksek enerji seviyelerindeki ölçümlerle ulaşılması mümkün olabileceği için günümüze kadar izine rastlanamamış olan Higgs bozonu, aslında oldukça istikrarsız bir karaktere sahip. Bazı parçacıklarla yoğun olarak etkileşime girdiği halde, bazılarıyla hiç ilgilenmiyor. Ayrıca kütle değeri çok fazla olduğundan ortaya çıktığı an kaybolan bir bozon. Tüm bunlar onun ölçülebilmesini de oldukça zorlaştırıyor. Özetle tarif edecek olursak; proton ve nötron gibi parçacıklar, görünmez bir manyetik alan olan Higgs Alanına giriyor, sadece burada bulunan Higgs bozonu ile etkileşim gerçekleştirerek yük kazanıyor, değişime uğruyorlar. Teoriye göre, Higgs Alanı olmasaydı, evren bildiğimizden çok daha farklı bir yapıda olurdu. Çünkü tüm evreni şekillendiren faktör Higgs parçacığı. Daha sonraları Tanrı Parçacığı olarak ünlenmesinin de sebebi buydu. Hatta önce 'Tanrının Cezası Parçacık’ adını almış, zaman içinde Tanrı Parçacığı diye anılır olmuştu.

Higgs, tüm evreni açıklayabilen bir parçacık değil. Ancak Atom altı parçacıkların davranış modellerini açıklayarak evrenin oluşumunu anlayabilmek adına net bir resim sunabilir. Zaten oldukça ironik bir şekilde, teoride Higgs parçacığı için net bir değer veya kütle belirlenebilmiş de değil. Tüm parçacıkları orkestra şefi gibi yönetiyor ancak bunu ölçülmesi çok zor bir şekilde yaptığı için varlığı değil, ona dair izler elde edilebiliyor.

Parçacık fiziği söz konusu olduğunda gerçek gözlem diye bir şeyden söz edemeyiz. Zaten kuantum mekaniği de tamamen olasılıklar üzerine kurulu. Maddeyi oluşturan parçacıklar, atomaltı dünyalarında, bildiğimiz tüm kuralları alt üst ederek davranış modellerini değiştirme kabiliyetine sahipler. Yani önceden tahmine dayalı bir mekanizmaları yok ve türlü olasılıklarla şekilleniyorlar. Kuantum fiziği; ister bir gezegen olsun, ister atomaltı parçacık, hiçbir şeyin tedirgin edilmeden gözlemlenemeyeceğini söyler. Madde üzerinde yapılan tüm gözlem ve deneylerde gözlemcinin yaşamsal bir önemi vardır. Yani madde, kendisini izleyen gözlemciye göre atomaltı parçacıklar bazında oluşturduğu davranış modelini değiştirebilir. Kuantum fiziğinin en etkileyici yönlerinden biri, gözlemci algısını fiziksel evren hakkındaki tüm görüşlerin merkezine koyuyor olması. Bu yeni fizik, bir bakıma nesnel varoluş diye bir şeyin olmadığını söylüyor. Çünkü gözlemci zihninin maddeyi doğrudan etkilediği bilimsel olarak kabul edilmiş durumda. Dolayısıyla belirsizlikler üzerine kurulu olan kuantum fiziğinde herhangi bir teorinin doğru olduğunu ispatlamak da mümkün değil. Bu durumda günümüz fiziği olasılıklar ve iyi teoriler üzerinden şekilleniyor. Matematik fonksiyonları ile hesaplanmaya çalışılan bu olasılıklar, aslında yer ve zamanda hareket eden dalgalara karşılık geliyorlar. Dolayısıyla gerçek sayılar onları hesaplamak için yeterli değil ve bilim insanları “en iyi olasılıklardan” yola çıkarak hayali sayılar yaratıyorlar. Böylece hem gerçek, hem de hayali sayıların bir arada kullanılmasıyla yaratıcılıkta sınır tanımayan teoriler oluşturulabiliyor.

 

“Yine Anlamadım,” diyenler için not:

Üzülme, Richard Feynman bile anlamadı.