Ana sayfa Astronomi Evrenle söyleşiler 8: Bir Wimp ile söyleşi

Evrenle söyleşiler 8: Bir Wimp ile söyleşi

1029
PAYLAŞ
Wimp (weakly interacting massive particle), zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıktır. Teorik olarak öngörülen bu parçacığın süpersimetriye sahip olduğu düşünülüyor.

Richard T. Hammond

Çeviren: Turgay Dağıstanlı

Bir nötralino olacağı tutan ve “zayıf” lakabından memnuniyetsizliğini belirtme gereği duyan bu zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık, bize zayıf etkileşimli parçacıkların ne olduğunu açıklıyor, temel parçacıkların esas simetrisi ile tartışıyor ve süpersimetriyi anlatıyor.

Öncelikle bana bu söyleşiyi bahşettiğiniz için teşekkür etmek isterim. Fark ettim ki, çoğu insan var olduğunuza bile inanmıyor.

– Söyleşiyi kabul etmemin nedenlerinden biri de buna açıklık kazandırmak ve adıma dair görevimi yerine getirmekti. Bana Wimp denmesini pek tercih etmiyorum. Nötralino olarak var oldum.

 – Saygısızlık etmek istemem ama belki de en iyisi Wimp ve nötralinonun ne olduğunu açıklayarak başlamanız olacak.

– Wimp (weakly interacting massive particle), zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıktır.

 – Şey… Biraz daha açıklar mısınız lütfen?

– Peki. Bildiğiniz üzere doğada dört temel kuvvet var. Gün gibi apaçık olanları kütleçekim ve elektromanyetizmadır, ancak iki tane de nükleer kuvvet var; güçlü ve zayıf nükleer kuvvet.

 – Evet, bu konuda bir fermiyon ve bozonla ilginç bir diyaloğum oldu.

– Kütleçekim hariç, bunların hepsinin aynı şeyin farklı görüntüleri olduğu konusunda birleşik teoriler bulunduğunu belirtmeliyim. Örneğin, zayıf nükleer kuvvet ve elektromanyetik kuvvet aynı temel kuvvetin farklı yönleri olarak görülebilir.

 – Sözünü ettiğiniz elektro-zayıf teorisi mi?

– Evet, üstelik bu teori, elektron arkadaşınızın sözünü ettiği W ve Z parçacıklarının varlığına dair öngörüde bulunur.

 – Kütleçekimin ne olduğu hakkında epeyce fikrim var ve elektrik ile manyetizmaya da kısmen aşinayım; ancak şu zayıf ve güçlü nükleer kuvvet diye söz ettiğiniz diğer iki kuvvet üzerinde biraz durur musunuz?

– Tabii ki. Karbon atomu size füzyondan söz etmişti; uranyum atomu da çekirdeği bir arada tutan kuvvetleri anlatmıştı. Bu güçlü nükleer kuvvettir. Bu kuvvet, protonun elektrik itmesinden daha baskındır, hatta doğadaki en baskın kuvvettir.

 – Bir dakika!.. Karadelik, kendisiyle yaptığım söyleşide bana en güçlü kuvvetin kütleçekim olduğunu söylemişti…

– Bunu hep söylerler. Evet, teknik olarak haklı. Zira madde kendini büyük miktarlarda bir araya toplayabilir ve kütleçekim kuvveti de uzun menzilli bir kuvvettir. Nükleer kuvvet ise, uranyum atomunun açıkladığı gibi çok çabuk yok olur ve kütleçekim ile büyük ölçekte boy ölçüşemez. Ama “her bir parçacık” temelinde kütleçekim o kadar zayıf kalır ki, onu göz ardı ederiz!

 – Pekâlâ, bu konuya açıklık getirdiğiniz için teşekkürler. O halde güçlü nükleer kuvvet proton ve nötronları çekirdekte bir arada tutuyor. Ya zayıf nükleer kuvvet?

– Zayıf nükleer kuvvet, ya da kısaca zayıf kuvvet, kütleçekim hariç tüm kuvvetlerden zayıftır. Ancak yine de önemlidir. Güçlü kuvvet nükleonlar arasında hareket ederken…

 – Nükleonlar?

– Nükleon bir proton veya nötrondan herhangi birini ifade etmek için kullanılır. Dediğim gibi, güçlü kuvvet nükleonlar arasında etkinken, zayıf kuvvet bir elektron ve nükleon arasında etkindir.

 – Yani elektron güçlü nükleer kuvvete duyarsız, ama zayıf kuvveti hissediyor, öyle mi?

– Kesinlikle. Güçlü kuvveti değil de zayıf kuvveti hisseden her molekülün zayıf etkileşimli olduğu söylenir. Buna lepton da denir.

 – Bu durumda siz zayıf kuvveti hissettiğiniz için zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacıksınız. Peki, burada geçen “büyük kütleli” ne anlama geliyor?

– Bu söyleşi bir yana, henüz keşfedilmemiş olduğumu hatırlatırım size. Tamamen kuramsal bir öngörüyüm, kütlemi ölçme imkânınız hiç olmadı. Bir protondan on ila bin kat arası, belki de daha büyük olmamı bekliyorsunuz.

 – Vay canına, epey ağırmışsınız. Bir Wi… yani zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacığın ne olduğunu anladım, ancak nötralinonun ne olduğu konusunda kafam biraz karışık. Biraz açıklamanız mümkün mü?

– Tabii ki, harika bir hikâyesi var; ama biraz tali yola girmemiz gerekiyor. Duymak istediğine emin misin?

 – Kesinlikle.

– Tamam, fermiyon ve bozon arasındaki tartışmayı hatırla. Komik olduğunu söylemiyorum ama birbirlerini kovalayıp durdular.

 – Bir de benim orijinal notlarımı görseniz…

– Sana standart bakışı verdiler; bozonlar bozondur ve fermiyonlar da fermiyon, nokta. Halbuki doğayı gözlemlemenin, hâlâ kuramsal düzeyde olan başka bir yolu daha var. Şu an burada olsalardı kahırlarından ölürlerdi. Ne olursa olsun, bozonun fermiyona, fermiyonun da bozona dönüşemeyeceği konusunda hemfikirler.

 – Anladım.

– Bu düşünce, deneysel alanlarda geçerli kabul edilmekle birlikte kuramsal alanda sorgulanmaktadır. Eğer parçacıkların birbirine dönüşme olasılığı kabul edilirse, bazı nahoş matematiksel problemlerden kaçılabilmektedir. Birçok insan bunu aynı zamanda estetik açıdan da memnuniyet verici buluyor.

 – Yani bir elektronun fotona dönüşme olasılığı var mı?

– Hayır, pek yok; elektronun eksi yükünü kaybediyorsunuz, ama yöntem doğru. Şöyle ifade edeyim: Temel parçacıkları ve etkileşimlerini simetri kavramıyla görebiliyoruz.

 – Islak mürekkeple kâğıda bir şey yazıp sonra da katlamak gibi mi?

– Hayır, tam olarak böyle değil. Bu düşünce aslında nötron ve protonla başlamıştır. Güçlü kuvvet devam ettiği sürece bu parçacıklar aynıdır ve bundan dolayı biz onları aynı parçacığın iki farklı durumu olarak dikkate almaya başladık, tıpkı tek bir insan olan ama ötekinin kimliğine bürünebilen Dr. Jekyll ve Mr. Hyde gibi. Bu bir simetridir, bazen parçacık simetrisi de denir. Şimdi düşündüm de, bu yönüyle katlanmış kâğıt örneğinize biraz benziyor.

 – Ama oldukça farklı olduğuna inandırdınız beni?

– Kâğıdı tutup 180 derece çevir. Görüntü aynı, değil mi? Yani bir an gözlerini kapatıp açsan, “Biri odaya girdi ve kâğıdı çevirdi ya da olduğu gibi bıraktı” diyemezsin değil mi?

 – Evet, haklısın.

– Parçacık fiziğinde de aynı şey söz konusu, bir çekirdekte nötron ve protonun yerini değiştirirsen, yük değişimi hariç, aynı şeyi elde edersin. İşte simetri dediğimiz şey tam da bu.

 – Anlıyorum. Peki başka simetriler var mı?

– Yüz puanlık bir soru sordun. Yanıtı evet, ama tam olarak ne olduklarını bulmak için uğraşıyorsun. Örneğin elektro-zayıf kuvvet teorisinden bahsettik. O teoride, birbirinden oldukça farklı olan elektron ve nötrino, aynı parçacığın farklı durumları sayılmaktadır.

 – Bir nötrinoyla söyleşi ayarlamıştım ama duramadı.  Sanırım önümüzdeki haftalara bir tane daha ayarlamam gerekecek.

– İyi olur, sana farklılıkları ve benzerlikleri konusunda daha fazla bilgi verebilir. O çok başarılı standart modelde kuarkları, elektronları ve nötrinoyu bu tarzda görürsün.

 – Yani bütün fermiyonlar aynı parçacığın farklı durumları mı sayılmakta?

– Bir yerde evet, ama parçacığın değişmez, katı bir kimliğe sahip olduğunu da düşünmemek gerek.

 – Biraz karışık geldi.

– Peki, rüyanda bir meyve parçasını gördüğünü düşün. Bu meyve parçası bir noktada elma, ama hemen portakala dönüşüyor, sonra da muza. Aslında her baktığında bu meyvelerden biri oluyor, ama bakıncaya kadar hangisi olduğundan asla emin olamıyorsun.

Tamam, bunu anladım.

– Eğer meyveyi betimlemek istersen, onun bir parça elma, muz, portakal ya da kısaca üçünün karışımı bir salata, kısaca “elmuzpor” olduğunu söylersin.

 – Tamam.

– Sonra bunu kurallaştırırsın: “Elmuzpor”a ne zaman baksam elma, ya da muz ya da portakal görüyorum. Bu da rüyanda şeylerin nasıl işlediğini betimlemenin matematiksel bir yöntemi olur. Her bir meyveyi bulmak için bir olasılık bile geliştirebilirsin.

 – Evet, ama bu sadece bir rüya.

– İşte çılgınlık tam da burada, bu sadece bir rüya değil. Atomaltı ölçekte işler böyle döner. Üzerine konuştuğumuz, doğanın aslı olan simetride elma, muz ve portakal bu şekilde birbirine karışır ya da gerçeğiyle söyleyecek olursak kuark, elektron, nötrino vd. biçiminde.

 – Çok etkileyici.

– Pekâlâ, açtığımız parantezin sonuna geldik. Şimdi nötralinonun ne olduğunu açıklayabilirim.

 – Lütfen.

– Malumunuz olduğu üzere, dünyayı ya da dünyayı oluşturan temel parçacıkları görüşümüz, özünde farklı parçacıkların karışımı olan simetri kuramlarına dayanmaktadır.

 – Doğru, ama bana öyle geliyor ki, beraber karışım olarak bahsettiğiniz simetri sadece fermiyonlar. Elektronlar, kuarklar ve nötrinoların hepsi fermiyon.

– Aynen öyle. Hemen aklımıza şu geliyor: Peki neden alanı bu kadar dar tutuyoruz? Fermiyonları bozonlara dönüştüren daha genel bir simetri düşünsek ya!

 – Neden olmasın?

– Asıl sebep şu ki, böyle bir şey henüz gözlemlenmedi. Yapılan bu kadar deneyde bunun gerçekleştiğini görmüş değilsiniz.

 – O zaman şöyle sormam gerekirdi, peki neden düşünelim böyle bir şeyi?

– Söylediğim gibi, bazı nahoş matematiksel ve soyut problemler unutulur gider. Bu simetriye “süpersimetri” deniyor ve bildiğimiz her parçacık için bir süper-partner öngörüyor. Süpersimetriyi, fermiyonu bozona, bozonu fermiyona dönüştüren bir işlem olarak düşünebilirsin.

 – Yani fermiyon olan bir elektronun süper-eşi bozon mudur?

– Evet, ona selektron diyoruz. Fermiyonik isimleri aynen alıp önüne “s” koyuyoruz. Böylece elektronların, nötrinoların ve kuarkların süper-eşleri ortaya konmuş oluyor (selektronlar, snötrinolar ve skuarklar).

 – Bozonların da süper-eşleri var mı?

– Evet, bu defa da bozonik ismin sonuna “ino” ekliyoruz. Örneğin fotonun süper-eşi fotino, gluonun süper-eşi ise gluinodur.

 – Peki ya sizin?

– Nihayet. Bozonların, birbiriyle karışabilen bir sürü süper-eşi vardır. Fotinodan bahsettim. Z bozonu da vardı, hatırladın mı? Onun da süper-partneri Z-ino. Bir de Higgsino var. Ben bunların birleşimini temsil ediyorum.

 – Yani siz de bir fermiyonsunuz?

– Evet, öyleyim.

 – Peki, ino parçacıklarından, selektronlardan veya herhangi birinden gözlemlenebilen var mı?

– Hayır, yok.

 – O zaman şunu sormam gerekiyor; süpersimetri gerçek mi yoksa kuramsal fiziğin gördüğü bir hayal mi?

– Bildiğiniz gibi, birçoğumuz sizin söyleşi teklifinizi kabul ettik, ama bazı sorular bize fazla kişisel geldi, bu yüzden cevaplamamaya karar verdik. Ayrıca şunu da belirtmek isterim ki, belirli bir mahremiyet taşıyoruz ve bazı şeyleri açığa vurma konusunda serbest değiliz. Bir başka deyişle, bu kadar derine inmenize izin var, ama bunun ötesinde bizim kurallarımız işler.

 – Peki, izninizle şunu sorayım. Bahsettiğiniz tüm varsayımsal süper-partnerlerin içinde en çok rağbet gören sizsiniz. Bunu açıklayabilir misiniz?

– Evet, çünkü en hafif ve en küçük kütleyim. Benden daha büyük bir süper parçacık, daha hafif parçacıklara bölünüp yok olabilir. İş bende bitiyor. Hiçbir şeye bölünemiyorum çünkü kütlesi benden daha az olan bir süper parçacık yok.

 – Şanslıymışsınız.

– Çok.

 – Kusura bakmazsanız bir şey daha soracağım.

– Rica ederim.

 – Standart modelden bahsettiniz, bunu biraz açar mısınız?

– Elinizdeki en temel ve doğru kuram bu. Bütün temel parçacıkların nasıl etkileşime geçtiklerini açıklar, hatta sonradan gözlemlenen parçacıkların varlığını bile tahmin etmiştir. Son zamanlara kadar yapılan her deney, bu kurama tuğla ve harçtan başka bir şey katmamıştır.

 – Yani?

– Yapılan neredeyse her deney, kuramın mükemmel şekilde açıkladığı veriler sağlamıştır. Her deneyde tereyağından kıl çekilmiştir diyebiliriz.

 – Öyleyse kuram doğru?

– Son zamanlara kadar öyleydi.

 – Ne oldu peki?

– Ne yazık ki ayrıntılardan haberim yok, ama muonun düzensiz manyetik çift kutuplu momentumuyla bir ilgisi olduğunu biliyorum.

 – Biraz daha açıklayabilir misiniz?

– Dediğim gibi, doğrudan muona sorsanız daha iyi olur, ayrıntılar benim için bulanık.

 – Peki, öyle yapacağım, muonla ayarlanmış bir görüşmem var. Bu tatlı sohbet için teşekkür ederim. İyi şanslar.
Teşekkür ederim, size de iyi şanslar.