Ana sayfa Sorularla Bilim Karşı-madde nedir? Karşı-maddeden enerji elde edilebilir mi?

Karşı-madde nedir? Karşı-maddeden enerji elde edilebilir mi?

1174
PAYLAŞ

Doğada karşı-parçacıklar kendiliğinden ortaya çıkabilir, ancak karşı-madde sadece laboratuvarda yaratılır. 2010 yılında Cenevre’deki Avrupa Parçacık Fiziği laboratuvarı CERN’de önemli gelişme yaşandı. Daha önce de yapılan deneylerin çok daha büyük boyutlusu olan yeni deneyde (ALPHA) karşı-hidrojen atomları manyetik alanlarla hapsedilerek, saniyenin onda biri kadar bir süre içinde saklanabildiler.

Maddeyi oluşturan atomlar, atom çekirdeği ve etrafındaki elektronlardan oluşur. Çekirdekte ise proton ve nötronlar vardır. En basit atom olan hidrojen atomuna bakarsak, merkezde artı elektrik yüklü bir proton ve etrafında da eksi elektrik yüklü bir elektrondan meydana gelir. Karşı hidrojen atomunun tanımı ise, merkezde eksi yüklü bir karşı-proton ve etrafında artı elektrik yüklü bir elektrondan (pozitron) ibarettir. Ancak doğada karşı-atomlar kendiliğinden oluşmaz. 13,7 milyar yıl önce Büyük Patlama’dan hemen sonra madde/karşı-madde simetrisi bozulmuş ve evren “maddeden” yana seçimini kullanmıştır. Elbette evren karşı-maddeyi seçseydi biz şimdi ona madde diyecektik. Kendiliğinden simetri kırılması dediğimiz bu olaydan sonra evrende oluşan atomlar yukarda anlatılan kombinasyonlardan meydana gelmektedir.

Madde ile karşı madde karşılaştığında birbirlerini yok eder ve radyasyona dönüşür: Örneğin bir elektron ve bir pozitron karşılaşınca, birbirlerini yok edip ışığa (fotona) dönüşürler. Bu nedenle de evrendeki atomlarda elektronlar (ve protonlar) vardır, pozitronlar (ve karşı-protonlar) değil. Diğer bir deyişle, evrende karşı-parçacıklar vardır ancak karşı-atomlar yoktur. Çünkü atom çekirdeğinde bulunan proton ve nötronların içlerindeki kuarklar ile çekirdeğin etrafında bulunan elektronlar madde parçacıklarıdır, karşı-parçacıklar değil. 13,7 milyar yıl önceki simetrinin kırılması sonucu, atomu madde parçacıkları oluşturur. Yüksek enerjili olaylarda (süpernovalar vb. gibi) karşı madde parçacıkları oluşabilir, ancak bunlar karşı-atomları meydana getiremezler; çünkü karşı-atomlar ile atomlar birbirlerini yok ederek ışınıma dönüşürler.

Laboratuvar koşullarında kısa süreler için karşı-hidrojen atomu elde etmek olanaklıdır. Nitekim CERN’deki ATHENA ve ATRAP deneylerinde 2002 yılında çok miktarda karşı-hidrojen atomu elde edildi. Dan Brown’un Melekler ve Şeytanlar kitabına da ilham veren bu deneylerde aslında kitapta anlatılanların tam tersine durumlar söz konusudur. Bu deneylerde karşı-madde araştırmaları hedeflenmektedir, bomba imalatı değil. Öte yandan karşı-maddeyi ancak çok kısa sürelerde, saniyenin milyonda biri kadar sürelerde bir arada tutmak olanaklıdır. Çünkü karşı-madde hemen maddeyle etkileşime girip yok olur. Bu deneylerde amaç CPT kuramı denilen, yük, parite ve zaman simetrilerinin geçerli olup olmadığını araştırmaktır. CPT kuramına göre madde ve karşı-madde spektrumunun tamamen özdeş olmaları gerekir. Henüz ispatlanmamış olan CPT kuramına göre evren zamanda bir yön seçmez. Ama bu simetri ancak tek tek CP ve T simetrilerinin kırınımıyla mümkün olur. Diğer bir deyişle, fizikte zaman simetrisi demek basitçe bir T (zaman) simetrisi değil, ancak CPT simetrisidir. Yani bir parçacığın hem yük hem parite hem de zaman simetrisini değiştirirseniz ancak bir simetriye ulaşırsınız.

CERN’deki ALPHA deneyindeyse karşı-hidrojen atomları manyetik bir tuzak sayesinde 170 milisaniye kadar bir arada tutulabilmişler ve böylelikle karşı-madde araştırmalarında önemli bir adım atılmıştır. Karşı-hidrojen atomları, hidrojen atomları gibi yüksüzdür. Proton (karşı-proton) ve elektronların (pzoitronların) yükleri birbirlerini nötralizeeder. Ancak bunların spin bileşenleri manyetik alandan etkilenir. Bu spin özelliklerini kullanan ALPHA deneycileri, 38 karşı-atomu manyetik alanla hapsetmeyi başardılar.

Dan Brown’ın kitabında karşı-madde ile bomba yapılıyordu. Gerçekte bu mümkün değildir. Çünkü karşı-maddeyi bir araya getirmek için harcanan enerji, meydana getirilen karşı-maddenin enerjisine eşittir. Dolayısıyla, atom bombasında olduğu gibi, çekirdeğin parçalanmasından doğan ilave bir enerji yoktur. Ayrıca, karşı-madde (örneğin karşı hidrojen atomu), Dan Brown’un kitabındaki gibi uzun süre saklanamaz. Eninde sonunda, karşı atomu hapsettiğimiz kafesi meydana getiren madde ile etkileşime girerek, ışınıma dönüşür, yok olur. Bu süre de oldukça kısadır. CERN’deki son deneylerde bu süre saniyenin onda birine kadar uzatılmıştır, ama daha uzun sürelerde saklanması pek olası görünmemektedir. Üstelik burada bahsedilen tek bir atomdur. Bomba yapmak ya da enerji elde etmek için bu atomlardan (karşı-atomlardan) milyar kere milyarlarcası gerekmektedir. Bu da teknik olarak olanaklı değildir.

Kaynak: Kerem Cankoçak, 50 Soruda Maddenin Evrimi, Haziran 2019, s.90-93