Antonie de Saint-Exupéry’nin mükemmel fablı Küçük Prens’te tilkinin prense söylediği gibi: “Önemli olan göze görünmez.”
Şayet tilkinin aşk hakkında konuştuğunu bilmiyor olsaydık, maddenin temel parçacıkları yani var olan her şeyin yapı taşlarından bahsediyor olduğunu kolaylıkla düşünebilirdik. Buradaki şiirsellik, dünyanın, içlerinde yaratılışın öyküsünü taşıyan küçük görünmez parçalardan oluştuğunu bilmektir.
Bizler, hücrelerimiz milyarlarca yıl evvel, güneş ve gezegenler oluşmadan önce ölen yıldızların kalıntılarından ibaretiz. Elli yaşına bastığınız için kendinizi hırpalıyorsanız tekrar düşünün!
Bilim insanları, bize patlayan yıldızlardan kara deliklere, yaşamın kökeni, evren ve evrenin içinde olan heyecan verici şeyler hakkında bir şey anlatacağı umuduyla bu küçük madde parçacıklarının tarihini ortaya çıkarmak için epey uğraştılar.
Tüm bilinen madde parçacıkları arasında anlaşılması en zor olan nötrinolardır. İsimleri onların küçük nötronlara (İtalyancada piccolo neutron, kısaca nötrino) benzediğini düşünen İtalyan fizikçi Enrico Fermi tarafından verilmiştir. Nötrinolar kardeş parçacıklara bağlı üç şekilde gelir: elektron-elektron nötrino; muon- muon nötrino; tau-tau nötrino. İsimlerinden anlaşıldığı gibi elektrik yükleri yok ve çok küçük kütleleri var. Bireysel kütlelerini bilmiyoruz fakat üçünün kütlelerinin toplamının çok küçük olduğunu, tek bir elektronun kütlesinden yaklaşık 30 milyon kat daha küçük olduğunu biliyoruz.
Ayrıca nötrinolar diğer parçacıklarla çok az etkileşime girdiğini ve bu nedenle onların tespit edilmesinin zor olduğunu biliyoruz. Aslında, nötrinolar hayalet parçacıklar olarak da bilinir çünkü insanların duvarların ve hatta gezegenlerin içinden sanki hiç orada değillermiş gibi geçebilirler. Gerçekten ilgi çekici bir gerçek şu ki, saniyede güneşin kalbinden çıkıp gelen yaklaşık 1 trilyon nötrino doğrudan içinizden geçiyor ve bunu hissetmiyorsunuz bile. Küçük kütleleri ve etkileşimlerinin nadirliği nötrinoları tespit etmeyi gerçek bir meydan okumaya çevirir. Onları bulmak için geniş bir madde haznesine ve ara sıra bir nötrinonun maddenin bir molekülüne çarpıp bir çeşit sinyal yaratacağını ummanıza ihtiyacınız var.
En iyi nötrino dedektörleri ‘hedef’ için su, sıvı veya buz kullanır. Buradaki fikir şudur: Bir nötrino bir su molekülüne çarptığında, sonik patlamanın ışık benzeri olan bir radyasyon parlaması (Çerenkov radyasyonu) yaratacaktır. Tıpkı bir uçak ses hızını geçtiğinde şok dalgalarının basınç değişikliği yaratması gibi, yüklü bir parçacık bir ortamda ışık hızından daha hızlı hareket ettiğinde de benzer bir şey olur ve radyasyon yayılır. (Maddesel bir ortamda ışığın hızının boşluktakinden daha küçük olduğuna unutmayın, yani parçacık görelilik yasalarını ihlal etmiyor.)
Japonya’daki Süper Kamiokande dedektörü, içinde aşırı saf 50.000 ton su bulunduran 139 feet x 129 feet (yak. 42*32 km) boyutunda devasa bir paslanmaz çelik silindirik tanktan yapılmıştır. Bir nötrino, tanktaki bir su molekülüne çarptığında Çerenkov radyasyonunun parlaması, dedektör duvarları boyunca dizilmiş 110.000 fotosensörden biri tarafından tespit ediliyor. Kozmik ışınlar gibi diğer kaynaklardan gelen radyasyonun (uzaydan kaynaklanan göklerden yağan parçacıklar) parazit yapmasından kaçınmak için dedektör eski bir maden ocağına, dünya yüzeyinden 3281 feet aşağıya gömülmüştür. Birkaç yıl önce ziyaret etmiştim ve tüm deneyime hayran kaldım.
Bu etkileşimli video uygulamasında dedektörün içinde seyahat edebilirsiniz:
Başka bir çeşit nötrino dedektörü Güney Kutbu’nda bulunan IceCube nötrino gözlemevidir. Süper Kamiokande gibi buzun altında yaklaşık 1.5 mil altında gömülüdür. Sıvı su yerine bu sefer hedefler buz molekülleridir her ne kadar kurulum farklı olsa da fikir hala Çerenkov radyasyonunu ölçmektir.
Nötrinolar sadece güneşin veya diğer yıldızların kalbinde değil ayrıca süpernova patlamaları, yıldızların ve nötron yıldızlarının arasındaki çarpışmalar ve Büyük Patlama gibi dramatik olaylarda da fazlasıyla üretilir. Böyle devasa dedektörlerin olması fizikçilerin ‘’nötrino astronomisi’’ yapmalarına özellikle çok yüksek enerjili nötrinoların kaynaklarını haritalayarak onları üretebilecek çok dramatik olaylar hakkında bir şeyler öğrenmelerine imkân tanımıştır. Bu derin yeraltı gömülü cihazlara ‘teleskop’ dememiz şaşırtıcıdır ama tam olarak öyledirler. ‘’Nötrino salınımları’’ olarak adlandırılan, süpernovalardan gelen nötrinolar ve üç tür nötrinonun uçuş sırasında birbirine dönüşebilmesi birçok kez gözlemlenmiştir.
Avrupa’nın parçacık fiziği laboratuvarı CERN’deki dev parçacık çarpıştırıcısı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda üretilen çarpışmalardan 10 kat daha büyük enerjiye sahip en yüksek enerjili nötrinoların izini sürüyor. Bu kadar büyük enerjilerde fiziği araştırabilmek, madde parçacıklarının özellikleri ve etkileşimleri hakkındaki anlayışımız için yeni pencereler açmayı umut ediyor.
Bu hayalet parçacıkların garip doğası düşünüldüğünde ileride bazı büyük sürprizler ummalıyız. Bilim, bizi çevreleyen görünmez âleme her yeni pencere açtığında durum böyle olmaya eğilimlidir.
Orijinal Başlık: A Scientific Search For A Ghost (Particle)
Yazar: Marcelo Gleiser
Türkçeye Çeviren: Fadime Kargın
Editör: Bekir Demir
