15 Mart 2015 Pazar

CERN Higgs Bozonu..

CERN Higgs Bozonu

Buna “çöl” diyorlar- bizi ufukta bir serap gibi pırıldayan, vaat edilen topraklardan ayıran geniş, boş bir manzara. Nihayet madde dünyayla ilgili tam bir anlayış sahibi olduğumuz, cevaplarla dolu bir alan.
cern3
Hayal kurmayı bırak: Bu nirvanaya ulaşamayız. Çölün ötesine yol çok uzun ve sıcak. Üstelik bizi oraya taşıyacak aracımız da yok. Ama eğer fizikçilerin umutları fark edilirse, 2 yıllık bir uyuklamadan bizi kaldıracak olan bir makine, hedefe bir adım daha yaklaştırabilir ve hatta pek çok soruya açıklık getirebilir. Söz konusu makine Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, kısacası BHÇ. İsviçre Cenevre yakınlarındaki CERN’de yer alan bu güçlü parçacık çarpıştırıcısı sahip olduğu ünü 2012 yılında Higgs bozonunu bulmasına borçlu. Bu, şimdilerde üzerinde oldukça güzel incelemeler yapılan alanın keşfedilmeyi bekleyen en son özelliğiydi:  Standart modelin alanı, madde ve madde mekanizmasıyla ilgili mevcut en iyi teori.
Şubat 2013’ten beri BHÇ kapsamlı bir revizyondan geçiyor.
GERİ DÖNDÜ
MAtthew Chalmers soruyor: “2 yıllık bir bakımdan sonra, yenilenmiş BHÇ acaba yepyeni parçacıkları gözlemleyebilir mi?”
Çöle ve tam bilinmezliğe yapacağı yolculuk için eskisinden çok daha güçlü bir şekilde yeniden hazırlanıyor. Herkes çok heyecanlı.  BHÇ CMS deneyinden Jim Olsen : “ Hayatta bir kez deneyimlenecek” bir olay yaşıyoruz. Yepyeni bir enerji skalasının perdelerini açıyoruz” dedi.
Parçacık fizikçileri, enerjiyi kıstas alarak alanı ölçümlüyorlar. Einstein’ın meşhur denklemi  E= mc2sayesinde yüksek hızlarda parçacıkları çarpıştırmak, kütlelerini çok yüksek enerjili iğne deliklerine dönüştürür; onlar da diğer başka parçacıklara şekil verebilirler. Bizim evrenimiz çok sıcak, yoğun bir patlama ile başladı. Bu yüzden çarpışan parçacıkların hızlarını artırarak ulaştığımız enerjiler ne kadar yüksek olursa, kozmoz ve maddenin orijinine o kadar çok yaklaşmış oluruz.
Bu yolla, BHÇ ve öncesindekiler, standart modeli ayrıntılarıyla görmemizi mümkün kıldı. Bu teori, maddenin temel parçacıklarını tanımlıyor.Bunlar leptonlar, kuarklar ve onların üzerinde etkili olan 4 güçten 3ünü iletmekten sorumlu parçacıklar: elekromanyetizma, zayıf ve güçlü çekirdek güçleri.
Bu çabanın en meşhur olan öğesi Higgs bozonu oldu. Bu parçacık, her yere nüfuz eden, görünmez varlıktaki, Higgs alanındaki, ( ki diğer tüm temel parçacıklar kütlelerini elde edebilmke için burasıyla etkileşime geçerler)bir bozunumu temsil ediyor. Higgs, kozmozun başlangıcındaki çok önemli bir anın açıklanması için gereklidir. Başlangıçta elektromanyetizma  ve zayıf çekirdek kuvvet, aynı birleşik elektro zayıf kuvvetin parçasıydılar; ta ki Higss alanı büyük patlamadan 10-12 saniye sonra açılana kadar. Bu, gücü ileten parçacıklara farklı kütleler vererek gücün simetrisini bozdu.  Bu noktadan sonra, kütlesiz foton ile taşınan elektromanyetizma çok etkileyici sonsuz bir alan sahibi oldu. W ve Z bosonlarınca taşınan zayıf kuvvet ise, atom altı ölçeğe hapsedildi.
EKSİKSİZ AMA HENÜZ TAM DEĞİL
Higgs’in varlığı ilk kez 1964’te tahmin edildi ama bulunması için BHÇ’nin enerjisi gerekiyordu: protonlar arasındaki çarpışmalarda üretilen 8 teraelektronvolt (TeV). Ondan sonra bile, teorisyenler varlığı hakkında varsayımda bulundukları Higgs bozonunun sahip olması gereken kütleden tam olarak emin değillerdi. Ama bu kaybedenin olmadığı bir durumdu: Matematiksel bir ilüzyona dönse bile, standart modeli yok edip yeniden başlayacak güçleri vardı. Ele geçmez parçacık 125 gigaelektronvolt (GeV)kütle ile BHÇ’nin enerji alanı içinde bulundu. Teorisyenler temize çıktılar ve Higgs teorisinin 2 öncüsü François Englert ve Peter Higgs, Ekim 2013’de Nobel ödülünü paylaştılar.
Ama sorun şu ki, standart model tamamlanmış olsa bile aslında eksik. Teoride karanlık madde hakkında bir tanımlama yok. Bu da çok büyük bir ihmal. Çünkü galaksilerin görünmez bir çekim alanı etrafında dönüyor  görünmesi ve buna benzer gözlemlerden yola çıkarak, bugün karanlık maddenin evrenin %85’ini oluşturduğu düşünülüyor. Madde ile dolu bir kozmozu temin edebilmek için, normal madde  ve anti madde arasında nasıl küçücük bir dengesizliğin ortaya çıkabileceği hakkında hiçbir kanıt sunmuyor. 4 temel parçacığın 4.sü olan kütleçekimi de sessiz.
Daha teknik olarak, standart modelin işleyebilmesi için bir grup sıradan sayıya ihtiyacı var. Higgs sadece bir örnek: Kütlesi, standart modelin öngöremediği ama ölçülmesi gereken pek çok nicelikten bir tanesi. Kendi araçlarıyla bırakıldığında, modelin birkaç çeşidi bulunmaktadır:  Buna göre Higgs ağır parçacıklarla o kadar güçlü bir etkileşim içinde ki, anlamsız bir büyüklükte, en az 1015 kütleye sahip olur.
cern4
Pek çok fizikçiye göre, standart model, tüm güçleri birleştirmemizi ve tüm enerji boyutlarında maddeyi anlamamızı sağlayan daha büyük bir teorinin parçasıdır. Sorun şu ki, farklı hassas tahminler olsa da, en iyi tahminimiz şudur: kuvvet birliğinin daha ileri devreleri sadece trilyonlarca ve üzeri TeV ölçeğinde mevcuttur. Bu ölçeğe de en son evrenin ilk anlarında ulaşılmıştır.-Büyük patlamanın 10-36  saniyesi içinde.
Dünya üzerinde hiçbir hızlandırıcı muhtemelen bu enerjiye ulaşamaz. Bu resimde, bizimle ulaşılmaz, vaat edilmiş evren arasında yatan şey ilgiden mahrum bir çöldür. Bu BHÇ’nin yenilenmiş 13TeV’lik çarpışma enerjisini oldukça ümitsiz bir hareket olarak göstermektedir.
Cambridge Üniversitesi’nden Ben Allanach öyle olmadığını söylüyor. Eğer gelecek nesillerin en favori aday teorisi doğruysa, girmek üzere olduğumuz bu yeni alanın incecik bir dilimi, bizleri nihai yanıta bir adım daha yaklaştıracak parçacık ve fenomenler içerebilir.
Söz konusu teori “süpersimetri”, ya da SUSY. İlk kez 1970’lerde hayal edilen SUSY, elektrozayıf ve güçlü kuvvetleri birleştiren “büyük birleşim teorisi”nin ilk esintilerini sağlamaktadır. Bu yeteneğini de bir “sparticle” ormanını( bilinen her bir parçacığın daha ağır süpersimetri ikizleri) tanıtmasıyla gösterir.Bunlar BHÇ’nin inceleyebileceği ölçeklerde ortaya çıkabilirler. Allanach şöyle diyor : “Eğer BHÇ’de yeni bir parçacığın sinyalini bulurlarsa, teorik toplumun bir şok işinde olduğunu göreceksiniz. Sokaklarda dans ediyor olacağız.”
Özellikle de en hafif sparticle karanlık maddeye mükemmel bir aday sunduğu için. Sparticle’lar birlik içinde ayrıca doğal olarak, Higgs kütlesinin şişerek kontrolden çıkmasına neden olan problemli kuantum dalgalanmalarını dengelerler. Karanlık madde benzeri  bir SUSY parçacığı, dedektörlere görünmeden kayıp gidebilir ve enerji  ve üretilen momentumu eklerken bir delik bırakır. Ama genelde SUSY parçacıklarının, belirtilerdeki daha hafif  standart model parçacıklarının içine parçalanarak, kendilerini bilindik kılmaları beklenir.
SUSY teorisyenleri o kadar değerliler ve bir anlık görüntü için o kadar istekliler ki, aşırı hevese karşı analiz işlemine bir kaç koruma yerleştirilmek zorunda. Ekip kendinden emin olduğunda, makine ve analiz yavaşça çalışır, data saklanmış olacaktır.- analizi yapan bilgisayarlar, standart model süreçlerinin yeni bir şeymiş gibi yanlış anlaşılmasına engel olmak için bazı hesaplamaların sonuçlarını yeterli data birikene kadar okumayacaklardır. (Bakınız “daha hızlı, daha yüksek, daha güçlü” )
Bir anormalliği teyit etmek yeni fiziğin sonucudur. İki büyük BHÇ deneyindeki, ATLAS ve CMS, datada mevcut olmalı; tıpkı Higgs’in keşfinde olduğu gibi. Dalgalanmaların derinleştği ve karşılıklı onaylandığı an çok sihirlidir. Bunun nasıl oluşacağını söylemek de zordur.” diyor ATLAS’dan Andreas Hoecker.
Mükemmel bir süpersimetri dünyasında, sparticle’lar ile eş parçacıklarının aynı kütleleri olur ve çok uzun zaman önce görülmüş olurlardı. Teorisyenler, elektrozayıf kuvvet gibi, SUSY’nin de sparticle’ların daha ağır olması için “parçalanmış-bozunmuş” olduğunu varsayıyorlar. Sparticle’ları daha ağırlaştırırlar ama Higgs kütlesi, karanlık maddenin yapısı ya da kuvvet birliği gibi problemlerde faydalı olamazlar artık.
BHÇ’nin ilk işleyişinde hiçbir sparticle’ın keşfedilmemesi zaten teorinin en basit, en çekici değişkenlerinin hareket alanını da sınırlamıştır. Pek çok teorisyen gibi Allanach’da, birkaç yıl içindeBHÇ’den elde edilecek olan datanın, SUSY’ye elveda denilip denilmeyeceğini belirleyeceğini düşünüyor. Hiçbir şey bulunamazsa, bu demektir ki, yüksek enerji ölçeklerinde anlamadığımız ama gerçekten önemli bir şey var.
Fizikçiler, SUSY bilmecesinin başarılı sonuçlandırılmasıyla çok ilgilenirken, yer çekimiyle ilgili çok ciddi bir sorun hala devam ediyor. Geleneksel görüş, BHÇ’nin inceleyebileceği enerji ölçeklerinde bu kuvvet ile birleşmeye dair ipucunu yakalamanın imkansız olduğunu söylüyor. Kütleçekimi diğer 3 kuvvetten çok daha zayıf. Öyle ki, sadece 1016 TeV yoğun enerjilerinde onlarla birleşmesi umut edilebilir. Bu da neredeyse büyük patlamanın sıcaklığına denktir.
Ama 1998’de teorisyenler  şaşırtıcı bir alternatif sundular.  Ya dünyamız, daha yüksek boyutlarda dalgalanan 3 boyutlu bir “membran” üzerinde var olmaktaysa? O zaman yer çekiminin gerçek gücü tüm bu boyutlara yayılabilir ve bizim bakış açımıza göre etkisi azalmış görünüyor olabilir. Eğer öyleyse,  yer çekiminin gücü o kadar fazladır ki, vaat edilen birleşik alan şu anda olduğumuz yere çok yakın bir enerji alanında yer almaktadır; hatta belki BHÇ’nin erişebileceği bir yerdedir. O zaman, çöl artık çöl olmaktan çıkar. BHÇ’nin çarpıştırmalarında uzay-zamanı eğip sıkıştırarak oluşturabileceği, minyatür kara delikler gibi garip şeylerle dolu bir yer olur. Bu varlıklar, son derece belirgin şekillerde çok daha bilindik parçacıklara bozunurlar.
Bu tür şeyler direk olarak gözlemlenemeyecek kadar enerji dolu olsalar da, yeni parçacıklar, SUSY ya da başka biri, ölçümlenebilir daha düşük enerji ölçeklerinde nesnelerin davranışını etkileyebilirler. Açıklanmayan bazı etkilerin izleri(fısıltıları) BHÇ datasında ve önceki çarpıştırıcılarda gizli ve yeniden başlamanın sonrasında çarpıştırmalar arttıkça bu izler artacak ya da yok olacak. Allanach: “Eğer bunun gibi bir çarpma yeterince büyürse, o zaman içerisinde gerçekten “büyük bir şey” oluşacaktır. Ama yine de ne tür bir parçacık olduğunu bilemezsiniz. Teorisyenlerin asıl problemi şu ki, aynı patlamayı açıklamak için 20 ya da daha fazla hipotez ortaya koyacaklar ve bunların her biri de işleyecek.”
Hoecker gibi bir deneyselci için, esas önemli olan şu ya da bu senaryoyu ispatlamak değil; ne olacağını bilmiyor olmak. Hoecker: “Olası yeni fiziki etkiler aleminde, Higgs’in keşfinde olduğundan çok daha fazla şaşırtıcı şey bizleri bekliyor.”
İncelenecek olan saha, bu çölün ve ötesinin yapısı hakkında bize ip uçları veren parçacıklarla tıka basa dolu çok verimli bir orman. Eğer öyle değilse, bir sonraki aşamada ne olacağını bilmediğimizden ve de standart modelin neden böyle olduğuna dair doğal bir açıklama getiremediğimziden sıkışıp kaldık demektir. Böyle bir olasılıkla karşı karşıya olan fizikçiler, sadece garip çok ince ayar, tesadüfi faktörlerin bundan sorumlu olduğunu kabul etmek durumunda kalıyorlar.  Belki de bizim standart modelimiz, tüm olası evrenlerin mevcut olduğu bir uzayda diğer sayısız modeller içinde sadece bir tanesidir. Belki de kuralları değiştirebiliriz ve cevapların sadece daha yüksek enerji ölçeklerine ulaşabilen makineler tarafından bulunabileceğini söyleriz.
Ama bu arada, yenilenmiş BHÇ’yle gezintiye hazırlanalım, bakalım bizi nerelere götürecek. Böylelikle elimizde sadece Higgs ve bir sürü cevaplanmamış soruyla ulaşılmaz bir krallığa bakakalmış olmayız.
DAHA HIZLI, DAHA YÜKSEK, DAHA GÜÇLÜ 
cern5
Geliştirilmiş BHÇ sadece yüksek enerjide çarpıştırmalar yapıyor olmayacak; aynı zamanda hızlarını da ikiye katlayacak ve saniyede 1gigabayt data toplayacak. Bunun dışında da geliştirmeler planlanıyor. Bu demektir ki, parçacık çarpıştırıcısının şu ana dek topladığı tüm data, makinanın 20 yıllık keşfi esnasında toplamış olacağı tüm datanın sadece %1’ini gösterecek.
CMS’den Jim Olsen : “Yeniden çalıştırılmasıyla birlikte ilk hedef, BHÇ’nin çok amaçlı iki detektörü ATLAS ve CMS’nin düzgün bir biçimde bu devasa data akışını ele alıp almadığını bulmak olacak. Bu da onların bilinen fizik üzerine ayarlanıp test edilmesiyle olacak. Higgs bozonunu yeniden “keşfetmek” ve onun özellikleri hakkında kesin ölçümlerde bulunmak, özellikle de diğer parçacıklarla-mesela top quark ve W ve Z bozonları- nasıl etkileşimde olduğunu öğrenmek öncelikle hedeflenen konulardır.”diyor.
Higgs’in keşfedilmesini takip eden günlerde, standart modelde olması beklenenden 2 kat daha hızla foton çiftlerine bozunduğuna dair izler vardı. Ama parçacıkların çoğu üretildiğinde tutarsızlık da kayboldu.  Şimdiki görüş birliği, Higgs’in hayal kırıklığına uğratan yavan bir vanilya lezzetinde olduğu, standart modelin kendisiyle ilgili yaptığı her türlü tahmini desteklediği yönünde.  Ama belki de daha fazla datayla yine daha ilginç şeyler söylenebilecek, mesela Higgs’in parçacık değil, bileşik bir paket olduğu gibi.
Her halükarda, yenilenmiş makinanın bakışıyla bilindik standart model manzarasına bakmak gerekir. Bu manzaradaki parçacık hareketleri,  tüm çarpmaların (yeni fiziğin izleri) kendini belli edeceği beklenen zemini oluşturacaklardır.
Olsen: “Hem standart modelin daha yüksek enerjide dayandığını onaylamak hem de yeni fiziğin araştırdığı esas zemini tahmin edip örnekleyebileceğimizi ispatlamamız gerekir. Ancak o zaman süpersimetri gibi gelecek nesillerin teorilerini araştırmaya başlayabiliriz.” dedi.

Hiç yorum yok:

Yorum Gönder