Ana sayfa Astronomi Evrenle söyleşiler 19: Bir muonla söyleşi

Evrenle söyleşiler 19: Bir muonla söyleşi

1722
PAYLAŞ

Richard T. Hammond

Çeviren: Nalân Mahsereci Çınar

 Ağır bir elektronla karşılaştırabileceğimiz muonun söyleşiye ayırabileceği çok az zamanı var. Söyleşide, nasıl bulunduğunu özetliyor, değiştokuş parçacıkları ve nükleer kuvvetler hakkında kısa bir açıklama yapıyor ve göreli uzunluk büzülmesi tartışmasına geçiyor.

 – Durduğunuz için teşekkürler, boşa geçirecek pek fazla zamanınız olmadığını biliyorum.

 – Kesinlikle, kısa bir ömrüm var; her an gidebilirim.

Bize kendiniz hakkında bir şeyler anlatmak ister misiniz?

 – Kazara bulundum, ama zaten doğada pek çok harika keşif tesadüfen olmuştur.

Nasıl yani?

 – Her şey gerçekten 1930’larda Yukawa ile başladı. Onunki sadece harika bir fikir değildi, aynı zamanda doğanın yeni yüzüne bir göz atıştı; doğanın yüzü, bir kez tam olarak açığa çıktığında, tüm güzelliğini sergiledi.

Devam edin, lütfen.

 – Yukawa nükleer kuvvetleri anlamaya emek harcıyordu ve bu gücün pion olarak adlandırılan kütleli parçacığın değiştokuşundan kaynaklandığını varsayıyordu.

Evet, bozon ile kuark bu fikri tartışmışlardı.

 – Pekâlâ, Yukawa çimlendirdiği bu tohumu ekti.

Değiştokuş parçacıklarının kütlesiz olduklarını düşünürdüm…

 – İki tür değiştokuş parçacığı var; graviton, foton, gluon gibi kütlesiz olanlar, W ve Z parçacıkları gibi kütleli olanlar. Kütlesiz parçacıklar, uzun erimli denilen kuvvetlere, yani elektromanyetizm ve kütleçekim gibi uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak değişen kuvvetlere yol açarlar. Kütleli değiştokuş parçacıkları ise çok kısa erimli kuvvetlere yol açarlar, yalnızca bir çekirdek boyunca etki eden vb. kuvvetler gibi.

Niçin böyle?

 – Pekâlâ, bu değiştokuş parçacıklarının sanal olduğunu hatırlayın, enerjinin korunumunu ihlal ederler. Bu nedenle çok uzun yaşayamazlar. Bu, onların çok uzaklara yolculuk yapamayacakları anlamına gelir; dolayısıyla onların yol açtığı kuvvet, yalnızca parçacıklar çok yakınsa etkilidir.

Enerjinin korunumunu ihlal etmeleri ne demek ve neden çok uzun yaşayamıyorlar?

 – Programınızda Boşluk ile bir söyleşinin de yer aldığını görüyorum; sorunuzun orada yanıtlanacağına eminim. Şimdilik, yalnızca şunu aklınızda tutun: Daha ağır değiştokuş parçacıkları daha kısa yolculuk yapabilir ve kuvvetin erimi daha kısa olur.

Peki, nereden geldiniz?

 – Daha önce söylediğim gibi, Yukawa değiştokuş parçacıklarının varlığını öngördü. Nükleer kuvvetlerin erimini bilerek, bu parçacıkların elektronun kütlesinin yaklaşık 200 katı kütleye sahip olabileceğini hesapladı. İnsanoğlu bu kütledeki parçacıkları aramaya başladı ve ne oldu bil bakalım?

Ne?

 – Ben bulundum. Tek bir sıkıntı vardı, çok geçmeden güçlü etkileşimin içinde yer almadığımı fark etmiştiniz; yalnızca zayıf etkileşimleri hissediyordum. Hüsran, politik bir akşam yemeğinde dağıtılan yiyecek gibiydi; herkes yemek istemeyeceği şeyler için çok fazla para ödedi.

Siz?

 – Ben de. 1940’lar içinde pion nihayet bulunmuştu. Yukawa’nın fikirlerinin esaslı gelişmelere gereksinimi olmasına rağmen, çakıl serilmeye başlamıştı ve yol çok geçmeden inşa edilecekti. Öte yandan ben bir gizem haline geldim ve siz Evren’inizde ne işim olduğunu merak etmeye başladınız.

Ne iş yaparsınız, tabii bu soru sizi rahatsız etmiyorsa…

 – Önemli değil. Ben yalnızca 2,2 mikrosaniye kadar yaşıyor ve sonra elektron ve nötrinoya bozunuyorum. Aslında beni ağır bir elektron olarak düşünebilirsiniz, aynı yüke sahibim ve tam olarak aynı kuvvetleri hissediyorum; yani elektromanyetik ve zayıf nükleer kuvvetleri.

Böylesine kısa yaşıyorsanız, nereden geliyorsunuz?

 – Her zaman sizin atmosferinizin üst kısımlarınızda yaratılırız, ama bunun da ilginç bir öyküsü var.

Lütfen bize ne olduğunu anlatır mısınız?

 – Işık hızına yakın bir hızda yolculuk yaparım, ama yalnızca 2,2 mikrosaniye yaşadığımdan, çok uzağa gidemem.

Ne kadar uzağa gidersiniz?

 – Düşünerek bulacaksınız, yaşam süremle ışık hızını çarpabilirsiniz.

Bir bakalım…. Yaklaşık 650 metre buldum…

 – Güzel, doğru. Tek sıkıntı şu, yaklaşık 5000 metrede ya da daha yüksekte oluşuruz ve bu nedenle, 2,2 mikrosaniye içinde, gözlendiğimiz yüzeye ulaşamayız.

Bu nasıl mümkün olur?

 – Uzunluk büzülmesiyle.

Einstein’ın özel görelilik teorisine mi gönderme yapıyorsunuz?

 – Evet.

Biraz açar mısınız?

 – Pekâlâ, metrelik bir çubuğunuz olduğunu varsayın. Ne kadar uzundur?

1 metre; bu konuda yanılmış olamayacağımı biliyorum.

 – Yanılıyor olabilirsiniz.

Aaa, hayır.

 – Eğer metrelik çubuk size saygı gösterip durmuşsa, onu 1 metre olarak ölçebilirsiniz. Fakat sizi ışığın hızının yarı hızında geçecek şekilde zumlarsa, boyunu yalnızca 87 cm olarak ölçersiniz, 100 cm olarak değil. Eğer sizi ışık hızından 0,99 kat hızla geçerse, boyunu yalnızca 14 cm olarak ölçeceksiniz.

Bir dakika bekleyin, bu bana elektronun söylediği bir şeyleri anımsattı: “Önce bizi çevresi 27 km olan bu büyük dairenin etrafında, ışık hızına yetişene kadar hızlandırdılar. O hızda tüm bu 27 kilometrelik uzunluk bize 10-15 cm gibi geliyordu.”

 – Evet, bu göreli uzunluk büzülmesidir. Uç büzülmeyi alırsak, elektronunuz ışıktan 0,99999999999 kez daha hızlıdır.

Bir parça ironik görünüyor, siz nükleer parçacık değiştokuşuna baktığımızda bulundunuz, fakat sizin varlığınız Einstein’in özel görelilik kuramını doğruladı.

 – Bu, yaşlı denizcilerin nasihatleri gibidir, denizi nasıl düşünürseniz düşünün, sadece yol alırsınız.

Aklıma bir mesele takıldı…

 – Dinliyorum.

Yukawa’nın iki çekirdek arasındaki değiştokuş parçacığının kütlesinin olduğunu varsaydığını söylemiştiniz; fakat öyle görünüyor ki, fermiyon ve bozon kuvvetin kütlesiz gluonlardan ortaya çıktığını ima ediyor.

 – İyi bir nokta, sizin fermiyon bu noktada biraz ketum davranmış. Kuvvetin kökeni, gluonların değiştokuşudur, ama sonuçta bulunan şey, bir kuark ve bir anti-kuarkın bir araya gelerek bir pionu oluşturduğu olmuştur. Geriye dönersek, hiç kimse onların kuarklardan yapıldığından şüphe etmezdi, fakat bu durum, nükleer güçlerin pek çok özelliğini açıkladı. Yani, temel parçacıklar kuarklardır ve temel değiştokuş parçacıkları gluonlardır; ama kuarklar pionları yapabilir ve iki çekirdek arasında değiştokuş parçacığı olarak pionları düşünmek çoğunlukla daha kolaydır.

Alttan alta…

 – Bu sizin onun üzerinde dönüşünüz; ama bize göre kusursuz bir biçimde doğaldır.

Evet, elbette, size sormak istediğim son bir dileğim vardı…

 – Aman Allahım!

Siz yeni bilgiler oluşturalı çok uzun süre olmadı, nötralino sizin standart modeli ihlal ettiğinizi söylemişti.

 – O ben değilim!

Pekâlâ, sizin manyetik çift kutuplu momentinizle ilgili bir şeyler var, bunu açıklayabilir misiniz?

 – Evet. Bütün kütleli temel parçacıklar, manyetik çift kutupluluk momentine sahiptir; bu onların kuzey ve güney kutupları olan zayıf bir manyetik çubuğa benzediklerini söylemenin süslü bir yoludur.

Anlıyorum.

 – Bir mıknatısı dışsal bir manyetik alana yerleştirdiğinizde alanla etkileşir.

Bir pusula iğnesi gibi mi?

 – Kesinlikle, pek çok başka türde etkileşim olabilmesine rağmen. Siz gerçekten benim manyetik çift kutuplu momentimin değerini öngörebilirsiniz; bu standart modele göre sonuç verir.

Ve?

 – Uzun yıllar boyunca, sizin öngördüğünüz değerle ölçtüğünüz değer uyuştu. Söz ettiğiniz büyük haber, ölçülen değerin, öngörülen değerden ilk kez farklı olmasıdır. Eğer ölçümler doğruysa, en iyi teoriniz yanlış demektir.

Bunun olası sonuçları ne olur?

 – Pekâlâ, her şeyden önce, deneyler tekrarlanmalı, ama deneyler doğru olarak sonuçlanırsa, temel parçacıkların standart modeli tehlikede demektir.

Her şeyin yanlış olduğunu mu söylemek istiyorsunuz?

 – Teoriniz gözlenen pek çok şeyi kesinlikle öngörmüştü, fakat kütleli parçacıklar vb. birçok şeyi teoriye yerleştirmeniz gerekiyor. Standart model bütünüyle yanlış değil, ama belki Newton’un kütle çekim teorisini Einstein’ınkiyle karşılaştırmak gibi olabilir.

Ne demek istiyorsunuz?

 – Newton’un teorisi bütün gezegenlerin, kuyrukluyıldızların yörüngelerini ve sayısız karasal fenomeni çok güzel bir biçimde öngördü; fakat yıllar kronometredeki saniyeler gibi bir bir geçti ve sonunda ölçümleriniz, Newton’un yasaları ve deneyler arasındaki çelişkileri gösterecek yeterli kesinliğe ulaşacak şekilde bir araya getirildi.

Merkür’ün yörüngesini mi kastediyorsunuz?

 – Evet, fakat Einstein’ın teorisinin esas özelliği basitçe küçük bir düzeltme yapması değildi; doğanın güzel ve yalınlıkta üstün bir betimini veren bütünüyle yeni bir yolunun temelini atmasıydı; sonuçta, daha önce hiç yapmadığınız kadar çarpıcı öngörülerden birine yol açtı.

Örneğin?

 – Örneğin karadelikler, zamanda yolculuk, ışığın bükülmesi, genleşen ve yekpare bir Evren’i gerçekten açıklayan bir teori…

Anlıyorum. Şimdi, Merkür çelişkisi gibi deneyler, fiziğin yeni dünyasının arifesine bizi götürüyorlar mı, ya da bunu açıklamak için teoride birkaç basit düzeltme yapmak mı gerekiyor?

 – Bunu uzun uzun tartışmıştık; size anlatabilirim…

 – Aman Tanrım, muon muon…