Ana sayfa 141. Sayı 2015 Nobel Fizik Ödülü: Nötrino salınımlarının keşfi

2015 Nobel Fizik Ödülü: Nötrino salınımlarının keşfi

326
PAYLAŞ

Deneysel nötrino fiziği 4. Kez Nobel Ödülü alıyor. Takaaki Kajita ve  Arthur B. McDonald temel parçacıklardan nötrinonun bir kütleye sahip olduğunu ortaya koyan, nötrino salınımlarını keşfetmelerinden ötürü 2015 Nobel Fizik Ödülünü aldılar.

Bu yılın fizik ödülü nötrino salınımlarının ilk gözlemlerini yapan deneysel fizikçiler Takaaki Kajita ve Arthur B. McDonald arasında paylaşıldı. Deneysel nötrino fiziğinin aldığı 4. Nobel ödülü oldu bu. Sanırım, bu alanda bir rekor sayılabilir. Peki, bu parçacıkları bu kadar önemli kılan şey ne?

Nötrinoların varlığı ilk olarak, Wolfgang Pauli tarafından, 1930’da ortaya atıldı. Beta bozunumunda gözlemlenen parçacıklardan elde edilen bilgilere göre, bu olayda momentum, enerji ve toplam açısal momentum korunmuyordu. Ünlü fizikçi Niels Bohr’un aksine Wolfgang Pauli korunum yasalarının var olan halinden vazgeçmek yerine, beta bozunumu sonrası açığa çıkan, gözlemleyemediğimiz bir parçacık daha olması gerektiğini öne sürdü. Nötrino ismini 1933 yılında Enrico Fermi, beta bozunumunu açıklayan teorisini anlatırken ilk defa kullandı. Bunun sonrasında gelişen süreçte nötrinoların varlığı teorik fizikçiler tarafından iyice kabul edildi.

Ancak bir sorun vardı. Bu nötrino denilen parçacıkların gözlemlenmesi bir problemdi. Çünkü bu parçacık hem kütlesiz olarak öngörülmüştü, hem de etrafımızda bulunan madde ile çok az etkileşiyordu. Şu an bildiğimiz kadarıyla, her saniye, vücudumuzdan 6 trilyon tane, Güneşin çekirdeğindeki tepkimelerde oluşan nötrino geçip gidiyor. Sadece bizim vücudumuzdan değil Oünyanın içinden de geçip gidiyor ve hatta birçoğu milyonlarca ışık yılı boyunca hiçbir parçacık ile etkileşmeden yoluna devam ediyor. Bu durumda, neredeyse görünmez olan bu parçacığın gözlemlenmesi başlı başına bir problem olarak karşımıza çıkıyor.

Neyse ki, her an olan, akıl almaz sayıdaki nötrino yağmuru içerisinde az sayıda da olsa etkileşenler çıkabiliyor. Teknik olarak çok zor olsa da bu durum nötrinoların gözlemlenmesinin imkânsızlığını ortadan kalkıyor. Yeterince büyük bir dedektör ile bu mümkün. İlk nötrino dedektörü, Güneşten gelen nötrinoları ölçmek için ABD’de, 1960 yılında yapıldı. Eski bir maden binlerce tonluk temizleme sıvısıyla dolduruldu. Günde ortalama bir tane nötrinonun sıvıdaki florine atomu ile etkileşip onu argon atomuna çevirmesi bekleniyordu. Dedektörün başındaki fizikçi Raymond Davis ise mucizevi bir şekilde bu argon atomlarını tespit etmenin bir yolunu bulmuştu. 40 yıl sonra, kendisi bu mucizevi iş sebebi ile, 2002 yılındaki Nobel Fizik Ödülü’nün sahibi oldu.

Gözlemin sonucunda açığa çıkan sayılarda ise bir sorun vardı. Güneşten gelen gözlemlenen nötrino sayısı, beklenenin 1/3 ü kadardı. Başlarda bu kayıp, Güneşin içyapısındaki etkileşimlerin yeterince iyi bilinmemesine bağlandı. Ancak zaman geçtikçe güneş modelleri ne kadar iyileşirse iyileşsin 1/3 sorunu hiç değişmedi. Bu durumda fizikçiler de bakış açılarını değiştirerek sorunun belki de güneş modellerinde değil de, nötrino teorisinde olduğunu düşünmeye başladılar. Standart Model’e göre nötrinolar kütlesiz parçacıklardı. Acaba nötrinoların çok çok küçük kütleleri olabilir mi sorusunu fizikçiler bu sorun çerçevesinde sormaya başladılar. Nötrinolar eğer çok küçük de olsa bir kütleye sahipler ise, kuarklar (protonun içyapısını oluşturan parçacıklar) gibi çeşniler arasında salınıyor olma ihtimalleri, kuantum mekaniği teorisi sayesinde mümkün.

3 farklı nötrino çeşnisi var. Bunlar elektron, müon ve tau nötrinoları. Bu 3 farklı nötrino madde ile etkileştiğinde isimlerini aldıkları leptonlara dönüşürler. Eğer ki nötrinoların kütlesi var ise bu 3 farklı çeşni, uzay-zamanda yol alırken birbiri arasında değişebilir. Bu durumda da Güneşte oluşan bir elektron nötrinosu Dünyaya gelene kadar başka bir nötrino çeşnisine değişebilir. Hatta başka bir çeşniye değişip sonrasında tekrardan elektron nötrinosu da olabilir. Bu durumda, Davis’in dedektöründe gördüğümüz klorinden argona değişimi sadece elektron nötrinoları sağlayabildiği için, eksik olan 2/3’lik nötrino, Güneşten Dünyaya gelene kadar müon veya tau nötrinolarına evrilmiş olabilir.

Bu sorunun çözümü için yapılması gereken ise her 3 farklı çeşniyi de gözlemleyebilecek bir dedektör yapabilmek. 1990’ların başında, Ontario Queen Üniversitesi’nden, Arthur B. McDonald ve grubu, Kanada’da bunu yapabilmek için çalışmalara başlıyor. Kanada Hükümetinden alınan destekle tonlarca ağır su ile dolu bir dedektör yapılıyor. Ağır su dediğimiz, suyun, içerisindeki hidrojen atomlarının yalnızca bir proton değil ayrıca bir de nötron içerdiği ve döteryuma dönüştüğü bir hali olan doğal bir kaynak, ancak nadir bir kaynak. Her 3 nötrino çeşnisi de bu ağır su içerisindeki döteryum ile etkileşebiliyor. Bu sayede dedektörde, kabaca Davis’in dedektöründe görülenin 3 katı kadar sayıda nötron gözlemlediler, ki bu da en iyi güneş modellerince öngörülen sayıya tekabül ediyor. Bu sayede, elektron nötrinolarının gerçekten de diğer nötrinolara salınabildiği ispatlanmış oldu.

Yaklaşık olarak aynı zamanlarda, Tokyo Üniversitesinde, Takaaki Kajita ve grubu tarafından yapılan başka bir nötrino dedektörü, bu sefer Güneşten gelen değil ama atmosferdeki, kozmik ışımaların sebep olduğu tepkimeler sonucu oluşan nötrinoları gözlemlemek için kurulmuştu. Kozmik protonların atmosferde çarpışıp oluşturduğu parçacık yağmurları arasında, çok sayıda müon nötrinosu da var. Yapılan dedektör, bu atmosferik müon nötrinolarını ölçmek için tasarlanmıştı. Dedektörün tasarımındaki püf noktası ise, iki taraftan da gelen nötrinoların ölçülebilmesiydi. Bu durumda, hem dedektörün altında bulunduğu atmosferden gelen nötrinolar ölçülebiliyordu, hem de dünyanın öbür tarafındaki atmosferde oluşup dünyanın içinden geçip gelen müon nötrinoları ölçülebiliyordu. Her iki tarafa da gelen kozmik ışınların sayısının ve etkileşimlerinin aynı olduğunu düşünürsek, üretilen müon nötrino sayıları da aynı olmak durumunda. Deneye göre ise, iki taraftan gelen müon nötrinoları sayısı aynı değildi. Bu da, biliminsanları için, farklı mesafeler kat eden müon nötrinolarının farklı oranda diğer nötrinolara salındığının bir göstergesiydi.

Bunlar, iki biliminsanının Nobel ödülü almalarını sağlayan çalışmalar ve sonuçları. Peki, nötrino salınımlarını ve nötrinoların kütleli olmalarını bu kadar önemli kılan şey ne? Yazının başında da belirttiğimiz gibi, nötrinolar Standart Model tarafından kütlesiz olarak öngörülüyor. Standart Model, belki de insanlığın şu ana kadar gördüğü en başarılı model. Çünkü, hızlandırıcılar ve çarpıştırıcılarda elde edilen bütün verileri ve gözlemleri kendi içerisinde açıklamayı başarmış bir model. Ancak nötrinoların kütlesinin olması, bu modelde bir şeylerin eksik olduğunun kanıtı. Bu durum yeni fiziğe bakmak için sahip olunan büyük motivasyonlardan biri.

Kaynak

– newyorker.com/news/daily-comment/what-neutrinos-reveal

2015 Nobel Fizik Ödülü’nü alan biliminsanları

Takaaki Kajita

Takaaki Kajita 1981’de Saitama Üniversitesi’nden mezun oldu ve 1986’da doktorasını Tokyo Üniversitesi’nden aldı. 1988’den beri de, 1999’da profesörlüğünü aldığı ICCR’de (Kozmik Radyasyon Araştırmaları Enstitüsü) çalışmakta. Yine 1999’da ICCR’nin Kozmik Nötrino Merkezinin başına getirildi. Evrenin Fiziği ve Matematiği Enstitüsü’nün bir üyesi. Kajita’nın Nobel Ödülü aldıktan sonra teşekkür ettiği isimlerin başında, eski danışmanı Masatoshi Koshiba geliyor. Koshiba da 2002 yılında nötrino üzerine yaptığı çalışmalar ile Nobel Ödülü kazanmıştı.

– https://en.wikipedia.org/wiki/Takaaki_Kajita

Arthur B.McDonald

Arthur B.McDonald 1964’de Dalhouise Üniversitesi’nden mezun oldu.1969’da ise Kaliforniya Teknoloji Üniversitesi’nden doktorasını aldı. 1970-82 yılları arasında Birleşik Devletler’deki Chalk River Nükleer Araştırma Merkezi’nde araştırma görevlisiydi. Sonrasında 1989’a kadar Princeton Üniversitesi’nde profesörlük yaptı. Princeton’dan Queen’s Üniversitesi’ne katılmak için ayrıldı ve hâlâ orada görev yapmakta. Ayrıca, Perimeter Enstitüsü’nde de yönetim kurulu üyeliği yapıyor.

– https://en.wikipedia.org/wiki/Arthur_B._McDonald

2015 Ekonomi, Barış ve Edebiyat Nobelleri

Ekonomi, Barış ve Edebiyat alanlarında verilen Nobel Ödülleri’nin, pozitif bilimlerle ilgili alanlardan farklı olarak, esasta siyasi mesajlar taşıdığı bilinir.

İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi, 2015 Nobel Ekonomi Ödülü’nü Princeton Üniversitesi’nden İngiliz Angus Deaton’a verdi. Deaton’ın ödülü, tüketim, yoksulluk ve varlık üzerine yaptığı analizler sonucunda hak ettiği açıklandı. Cambridge Üniversitesi’nden mezun olan Deaton, 1983’den beri Princeton Üniversitesi’nde çalışıyor. 19 Ekim 1945’te İskoçya’da doğan Deaton, gelir eşitsizliği, tüketim ve refah alanındaki çalışmaları ile biliniyor.

2015 Nobel Barış Ödülü  de, Tunus Ulusal Diyalog Dörtlüsü’ne verildi. Nobel Barış Ödülü Komitesi, 2011’de başlayan Arap isyanlarının ardından demokrasiyi inşa etme çabalarından ötürü Tunus Dörtlüsü’nü ödüllendirdiklerini belirtti.  Tunus Genel Sendikası, Tunus Endüstri ve Ticaret Konfederasyonu, Tunus İnsan Hakları Ligi ve Tunus Hukukçular Derneği’den oluşan Tunus Dörtlüsü’nün “İç savaşın kıyısına gelmiş bir ülkede alternatif barıçıl bir süreç başlattığını” ifade edildi.

2015 Nobel Edebiyat Ödülü ise, “Ukrayna krizinde Rusya’yı sert bir dille eleştiren” gazeteci yazar Svetlana Aleksiyeviç’in oldu.