Bilim İnsanlarının Keşfettiği 10 İnanılmaz Parçacık

Kuantum fiziğine göre var olan her şey parçacıklardan oluşmuştur. Madde, ışık, görünen ve görünmeyen şeyler. Bunların hepsi parçacıklardır ve tüm evrenin işleyişini kontrol ederler. Bunlardan bazıları çoğumuzun bildiği ve aşina olduğu şeylerdir, örneğin elektronlar. Diğerleri biraz daha sıra dışıdır, örneğin kuarklar. Fakat herhangi bir parçacığın temel fikri, başka hiçbir şeyden oluşmayan temel bir şey olduğudur. Bir atomu protonlara, nötronlara ve elektronlara ayırabilirsiniz. Ama bir parçacığı başka hiçbir şeye parçalayamazsınız. Bunu aklımızda tutarak, bilimin yaptığı veya en azından yaptığını düşündüğü en şaşırtıcı keşiflerden bazılarını inceleyelim.

10. Tanrı Parçacığı

Bilim insanları bir şeye Tanrı parçacığı adını verdiklerinde aslında onun sadece büyük olmadığını kastediyorlar. Adil olmak gerekirse, parçacığın asıl adı Higgs bozonu, ancak fizikçi Leon Lederman, medyanın parçacıklara ilgi duymasını sağlamanın kolay olmaması nedeniyle daha renkli bir takma ad bulmuş.

Higgs bozonunun varlığı 2013 yılında doğrulanmıştı. Ancak teoriye ilk olarak 1960'larda girildiği için arayışı uzun sürdü. Stephen Hawking bir keresinde asla keşfedilmeyeceğine dair 100 dolar bahse girdi ve yandı. Ayrıca Higgs bozonunun bir gün evreni yok edeceğini de söylemişti, bunu da takviminize not edin.

Bütün bu birikimle, Higgs bozonunun oldukça şaşırtıcı olduğunu düşünmelisiniz ve gerçek şu ki, evet, Higgs bozonu şaşırtıcıdır. Ama anlamak biraz zaman alıyor, o yüzden deneyelim.

Bozon temel bir parçacıktır. Bozonlar, elektromanyetizma, zayıf ve güçlü nükleer kuvvetler gibi evrenin tüm temel kuvvetlerinden sorumludur.

Higgs alanı, elektronlar gibi diğer parçacıklara kütle kazandıran bir enerji alanıdır. Basitçe söylemek gerekirse, Higgs bozonları evrendeki parçacıkların kütlesinin oluşmasından kısmen sorumludur. Bozonun kendisi büyük bir kütleye sahip olmasına rağmen kısa ömürlüdür, bu nedenle doğada bulunması zordur. Ancak varlığı, fiziğin Standart Modeli hakkında bildiğimiz şeylerin çoğunu doğruluyor ve herhangi bir parçacığın neden var olduğunu açıklamaya yardımcı oluyor. Karanlık maddeyi açıklamaya ve henüz bilmediğimiz veya anlamadığımız daha fazla parçacığı ortaya çıkarmaya da yardımcı olabilir.

Komik olan şu ki, Lederman buna teknik olarak Tanrı parçacığı demiyordu. Tespit edilmesinin ne kadar zor olduğundan rahatsız olduğu için buna şeytan parçacığı adını verdi. Yayıncısı kitabın adını değiştirdi.

9. Tetrakuark

Kuarklar, maddenin en küçük parçacıkları olarak en kolay anlaşılabilenlerdir. Bir demir parçası demir atomlarından oluşur. Bu atomlar elektron ve proton gibi şeylerden oluşur. Ama onları parçalasanız bile geriye yine kuarklar kalır. Bunların kütleleri ve dönüşleri vardır ve altı tipte gelirler, bunlara eğlenceli bir şekilde "lezzetler" denir. Bu kokular üst-alt, üst-alt, çekici ve tuhaf olmak üzere çiftler halinde gruplandırılır. Tuhaf, değil mi? İşler daha da tuhaflaşıyor.

2021 yılında bilim insanları, iki kuark ve iki antikuarktan oluşan egzotik bir hadron olan tetrakuarkı keşfettiler. Keşfedilmeden önce bu imkânsız sayılıyordu. Parçacıkların birbirlerine bağlanabileceği fikri bir seçenek olarak düşünülmüyordu, ancak Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda elde edilen veriler bunun aksini kanıtladı.

Tetrakuarkların keşfi, araştırmacılara, nötron ve protonları oluşturmak üzere kuarkları birbirine bağlayan güçlü kuvveti daha iyi anlamak için çeşitli yeni araçlar sunacak.

8. Nötrino

Son birkaç on yılda herhangi bir bilimkurgu filmi izlediyseniz, "nötrino" kelimesinin birkaç kez geçtiğini duymuşsunuzdur. Çok popüler ve bilimsel olarak çoğumuz için anlaşılmaz olsa da hâlâ ilgi çekici geliyor.

Gerçek hayatta nötrinoların varlığı çoğumuzun hayal edebileceğinden çok daha yoğundur. Bunlar galaktik felaketler sonucu oluşan, patlayan yıldızlar gibi atom altı parçacıklardır. Neredeyse ışık hızında hareket ediyorlar ve bunlardan birini durdurmakta zorlanıyorsunuz çünkü kurşun gibi bir şeyin içinden, sizin açık bir kapıdan geçebildiğiniz kadar kolay geçebilirler.

Nötrinoların kütlesi şaşırtıcı derecede küçüktür. Fizikte sağlam bir temeliniz yoksa, bunu tanımlamak için kullanılan sayılar hiçbir şey ifade etmez. Ancak bunlar bir elektrondan yaklaşık 500.000 kat daha küçüktür. Ancak elektrondan farklı olarak elektrik yükleri de yoktur. Dolayısıyla kütlesi ve yükü olmayan nötrinoların varlığı neredeyse imkansızdır. Ama onlar aynı zamanda her yerdeler. Güneş her saniye bunlardan yaklaşık bir milyarını üzerimize gönderiyor.

Nötrinoların mikroskobik de olsa bir miktar kütleye sahip olması, evrendeki tüm kütleyi ve etrafımızda antimadde yerine neden madde bulunduğunu açıklayabilir.

7. Müonlar

Kuarklar gibi müonlar da varlığın temel parçacıklarından biridir. Elektronlara benzerler ancak daha büyüktürler ve 207 kat daha ağırdırlar. Çok kısa ömürlüdürler; oluştuktan sonra 2,2 mikrosaniye içinde elektronlara ve nötrinolara dönüşürler. Bunlar, kozmik ışınların atmosferimizdeki parçacıklarla çarpışmasıyla oluşur ve bu 2,2 mikrosaniye içinde dünyayı bombardıman etmeyi ve ışık hızına yakın bir hızla hareket ettikleri için yüzeyin yaklaşık bir mil altına nüfuz etmeyi başarır.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda yapılan araştırmalar, müonların her zaman bilimin söylediği şeyleri yapmadığını gösterdi. Basitçe söylemek gerekirse, sallanıyorlar. Ama yapmamalılar. Ve sallanmaları, daha önce hiç kimsenin aklına gelmeyen, onların işleyiş biçimini etkileyen başka bir parçacığın daha olabileceğini düşündürüyor.

6. Kuarklar

Tetrakuarktan zaten bahsettik, dolayısıyla onu basit kuarklara ayırmak mantıklıdır. Proton ve nötron gibi şeyleri parçalara ayırırsanız kuarklar ve gluonlar elde edersiniz. Altı çeşit kuark vardır ve bunlar daima çiftler halinde bulunurlar. Aslında bilim insanları daha önce bir kuarkı diğer yarısından ayırmaya çalışmışlar ve bu işe yaramamıştı. Ya birbirlerine bağlıdırlar ya da hiç yokturlar.

Atomlardaki kütlenin kaynağı kuarklar ve gluonların etkileşme biçimidir. Temel olarak bu, bildiğimiz şekliyle maddenin tüm kütlesinin kuarklardan ve gluonlardan geldiği anlamına gelir. Pozitif, negatif veya nötr yüke sahip olduğu belirtilen çoğu parçacığın aksine, kuarklar daha da ileri gider. Bunların ayrıca kuantum kromodinamiği olarak bilinen şeyle ilişkili olan bir renk yüküne sahip oldukları da tanımlanıyor. Bu, benzersiz kuantum özelliklerini tanımlamak için teorik olarak kırmızı, mavi veya yeşil renkleri kullanır (aslında bunlar bu renkler değildir).

5. Gravitonlar

Bilim, evrende faaliyet gösteren dört temel kuvveti kabul eder. Zayıf ve güçlü nükleer etkileşimler, elektromanyetizma ve kütleçekim. İlk üçüyle çoğu durumda az çok başa çıkabiliriz. Ancak yerçekimi biraz joker bir durum.

Fotonların elektromanyetizma ile nasıl etkileştiğini, kuarkların ve gluonların güçlü nükleer kuvvetle nasıl etkileştiğini ve bozonların zayıf nükleer kuvvetle nasıl etkileştiğini anlıyoruz. Bilmediğimiz şey ise yer çekimini neyin ilettiği. İşte tam bu noktada, yer çekiminin gerçek dünyadaki nesneler üzerinde etki eden bir kuvvet olmasını sağlayan teorik parçacıklar olan gravitonlar devreye giriyor. Gravitonlarla ilgili sorun şu ki, aslında var olup olmadıklarını bilmiyoruz. Bunlar henüz teorik. Bilim yer çekimini açıklayamıyor.

Şaşırtıcı bir şekilde, gravitonların varlığından emin olmasak da onlar hakkında çok şey biliyoruz. Kütlelerinin sıfır veya sıfıra yakın olduğunu, ışık hızında hareket ettiklerini biliyoruz. Peki neden bulamıyoruz?

Dört kuvvetin en zayıfı yer çekimidir, bu yüzden tespit edilmesi zordur. Bir nötron yıldızı gibi süper kütleli bir cismin yanına yerleştirilen Jüpiter kütlesindeki bir kütle çekim dedektörünün bile herhangi bir şeyi tespit etmekte zorluk çekeceği hesaplanmıştır.

4. Takyonlar

Teşekkür ederim Yıldız Savaşları en azından bazı çevrelerde takyonların popülerleşmesi için. Bu teorik parçacıklar, tamamen garip yapıları nedeniyle bilimkurgu onları ele geçirmeseydi muhtemelen belirsiz ve bilinmez olarak kalacaklardı. Sadece şunu unutmayın ki teknik olarak bunlar yok ama bazı fizikçiler bunların var olduğunu düşünüyor.

Takyonun en büyük ünü hızıdır. Işıktan hızlı hareket ederler. Bu durum, takyonun var olamayacağına dair birçok inancın sebebidir; çünkü hiçbir şey ışıktan daha hızlı hareket etmez. Ama teorik fizik, kanıt varsa her şeye boyun eğmeye hazırdır, o zaman neden olmasın?

Eğer bir takyon ışıktan daha hızlı hareket ediyorsa, o zaman zaman hakkında bildiklerimize dayanarak bir takyonun zamanda geriye doğru hareket edebileceğini söyleyebiliriz. Genel olarak hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceğini kabul ederiz; çünkü ışık arttıkça kütlesi ve onu hareket ettirmek için gereken enerji de artacaktır. Işık hızında hareket etseydiniz, neredeyse sıkışıp kalırdınız. Ancak takyonlar enerji kaybettikçe hızlanırlar, bu da bu bariyeri aşabilecekleri anlamına gelir. Bu aynı zamanda filmlerden bildiğimiz tüm o zaman paradokslarını da yaratıyor. Ve bu, onların hiç var olmayabilecekleri konusunda iyi bir sebeptir.

Elbette, eğer varlarsa ve ışık hızından daha hızlı hareket ediyorlarsa, onları henüz tespit edememiş olmamız şaşırtıcı değil; hatta tam da bu nedenle onları asla tespit edemeyebiliriz.

3. Karanlık madde

Muhtemelen "karanlık madde" terimini daha önce duymuşsunuzdur, ancak bunun ne anlama geldiğinden emin değilseniz, kulübe hoş geldiniz. Bilim de bu konuda zorluk çekiyor ama evrenin nasıl işlediğine dair pek çok soruya cevap veriyor, dolayısıyla şu anda pek çok kozmik olguyu açıklamak için bir tür geçici çözüm görevi görüyor.

Galaksilerin hareket etme biçimleri, bizim gözlemlerimize göre, mantıklı değil. Galaksiler göründüklerinden çok daha büyük kütleliymiş gibi hareket ederler. Herhangi bir galaksiyi bir arada tutan gizli bir kütle kaynağı olmalı ve bu kaynak karanlık maddedir.

Karanlık madde elektromanyetizmayı yansıtmaz, emmez veya yaymaz, ismini de buradan alır. Esasen görünmezdir ve bu yüzden sadece teoriktir. Ama yaptığı şey yerçekimi yaymak ve bu da evreni bir arada tutuyor. Ve bundan çok var. Aslında Evrenin toplam kütlesinin yaklaşık 80%'si.

2. Parçacıklar

Sparticle, Spartacus'ü ve parçacıkları akla getiren harika bir kelimedir, ancak bunun yalnızca yarısı doğrudur. "s" kısmı aslında "süpersimetrik" anlamına geliyor. Örneğin parçacıklar süpersimetrik parçacıklardır ve varlıkları tıpkı bir hindistan cevizi gibi fiziğin sırlarını ortaya çıkarabilir.

Parçacık fiziğinin standart modeli ne kadar yararlı olsa da, gördüğümüz gibi, birçok boşluğu var. Karanlık madde nedir? Yerçekimi nasıl çalışır? Müonların salınım yapmasını sağlayan nedir? Kitlenin nereden geldiği ve benzeri sorular var. Standart modelin değerini veya tamamen yeni bir model geliştirme ihtiyacını sorgulatacak kadar çok soru var. Tabii ki, kibritleri bir yere sıkıştırabilirseniz.

Parçacık fiziğinde karşılaştığımız problemlerin birçoğunu süpersimetri teorisiyle açıklayabiliriz. Buna göre her parçacığın bir süpersimetrik eşinin olması gerekir. Teoride, bu ortak parçacıklar Evren anlayışımızdaki her türlü boşluğu doldurabilir. Bunları bulmak için Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nı bile inşa ettiler. Ve işe yaramadı. Bu, teorinin yanlış olduğu anlamına gelmez; sadece fiziğin karmaşık olduğu ve gerçekliğin temellerini anlamanın zaman aldığı anlamına gelir.

1. Fotonlar

Ah, mütevazı foton. Fotonları herkes bilir. Fotonlar, ışığın hem parçacık hem de dalga olarak işlev görmesini sağlayan elektromanyetik enerjinin küçük parçacıkları olan, bildiğimiz şekliyle ışığı oluştururlar. Elbette fotonlar, telefon ekranınızdan gelen ışığın gözünüze çarpması ve onu görebilmeniz anlamına gelmiyor. Bunlara ek olarak internete erişim sağlayan Wi-Fi'nin yanı sıra radyo dalgaları, mikrodalgalar, X ışınları, gama ışınları ve daha fazlası da var.

Gördüğümüz her şey, onu görmemizi sağlayan fotonların varlığı sayesinde gerçekleşiyor. Bu, Evrene baktığımızda ve bir milyar yıl önce patlayan bir yıldız gördüğümüzde, o fotonların buraya ulaşmak için o kadar uzun bir yol kat ettikleri ve onları parçacık dünyasının ciddi işgücü haline getirdikleri anlamına gelir.