Elinizde doğru olduğunu düşündüğünüz fikirlerden yola çıkarak oluşturduğunuz bir teori olduğunu düşünün. Düşünün ki elektromanyetizmayı, atom çekirdeği içindeki kuvvetleri, protonun ve nötronun yapısını, radyoaktiviteyi, .. aklınıza gelebilecek (kütle çekimi hariç ne yazık ki) her şeyi açıklayabilecek güçte, ve güzel, sade varsayımlara dayandırdığınız bir teori. Bir hatasını bulsaydınız napardınız? İngiliz fizikçi Peter Higgs ve Belçikalı fizikçi François Englert, 1970 civarında, Higgs bozonun adı verilen bir parçacığı teoriye ekleyerek deneylerle uygun hale getirmeyi önerdiler, fakat parçacık uzunca bir süre bulunamadı, ta ki bu seneye kadar. Bu sebeple bu seneki Nobel fizik ödülü, bir kaç sene önce düzenlenmesi planlanan deneyler sonucu deprem veya dünyayı yutacak karadeliklerin oluşumu gibi felaketlere sebep olacağı düşünüldüğü için epey konuşulan LHC (Large Hadron Collider – Büyük Hadron Çarpıştırıcı) de gerçekleşen bir buluşu çok önceden, teorik olarak tahmin eden Peter Higgs ve François Englert’ e verildi! Belki de son zamanların en büyük keşfi olan bu keşif, Higgs bozonunun varlığının kanıtlanması, evreni açıklamak için üretilmiş belki de en geniş kuram olan Standart modelin hala geçerli bir kuram olduğunu doğrulamış oldu. İkisine de tebrikler, çok güzel bir teorinin çöpe atılmasını engellemiş iki büyük fizikçi olarak isimlerini fizik tarihine yazmayı başardılar.
[box_light]Kısa Kısa Bilgiler:[/box_light]
Nobel Fizik Ödülü, bu yıl Fizik alanında yapılan çalışmalara verildi.
Önceki Nobel yazımda da bahsettiğim gibi, evrenimiz küçük ölçeklerde bizim gördüğümüz veya hayal ettiğimiz gibi işlemiyor. Çok farklı davranışlar söz konusu. Örneğin bir elektron aynı yerde iki, üç, .. veya sonsuz yerde bulunabiliyor! Bu ilkeye süperpozisyon ilkesi denir ve bildiğimiz dalga-parçacık ikililiğinden kaynaklıdır ve bu ikililiği ilk çözümleyen kuram, modern kuantum kuramı olmuştur. Bu ikililiğin en önemli sonuçlarından biri (o kadar önemli ki şu anda bu özellik dalga-parçacık ikililiğinden daha temel görülüyor) Heisenberg Belirsizlik İlkesi olup, bütün bu garip davranışları açıklayabilecek güçtedir.
Heisenberg belirsizlik ilkesine göre, bir parçacığın bulunduğu konum (zaman) ve sahip olduğu momentum(enerji) aynı anda hesaplanamaz. Parçacığın hareketinin tanımı budur, hep bir belirsizlik vardır. Aynı belirsizlik prensibini luvvet alanlarına da uygulayabiliriz, ve bu da bizi kuantum alan kuramına götürür. Bu kurama göre, bütün alanlar parçacık adı verilen alan kuantumlarından meydana gelir. Örneğin elektromanyetik alanın kuantumu fotondur (bildiğimzi ışık), ve yükü olan her parçacık foton yayınlama ve soğurma olasılığına sahiptir; bu yüzden enerjisi ve momentumu belirsizdir. Tabii ki tek yük elektrik yükü değildir, bunun gibi başka kuvvetlere denk gelen başka yükler de bulunur, ve bu yükler de başka parçacıkların üretilme ve soğurulma olasılıklarına karşılık gelir. Peki bu olasılıklar ve alanların etkileşimi nasıl hesaplanır? Bunun için “simetri” kavramını anlamamız gereklidir.
Simetri nedir? Bu olguyu da tanımlamak gerekir, çünkü bu yazıda bahsedilecek simetri kavramı matematiksel simetri olup, bir şeyin şekli nin simetrik olmasından daha genel bir kavramdır. Elinizde bir obje (genellikle küme) olsun. Bu objeyi başka bir objeye dönüştüren bir dönüşümünüz (fonksiyon) olsun ve adı d olsun. Eğer objeniz bu dönüşüm altında dönüşmüyor ise, o objenin bu dönüşüme göre simetrik olduğu ya da objenin d simetrisine sahip olduğu söylenir. Peki bunu fiziğe nasıl uygularız? Uzayın simetrilerine bakmamız gerekir. Bir tanesi öteleme altında simetridir. Düşünelim, madde olmasaydı, uzay tamamen boş bir yer olurdu ve iki noktası arasında farkı olmazdı. Bu, uzayın homojen olması demektir. Dolayısıyla uzayın içindeki bütün maddeyi rastgele belirlenmiş bir uzunluk kadar ötelesek, durumlar arasında fark olmamalı, ki bu yukaridaki simetri tanımı ile aynı! Son durum ve ilk durum aynı fiziksel değere sahip. Noether teoremini kullanırsak bu simetri, momentumun korunumu anlamına gelmektedir. Benzer şekilde enerjinin, açısal momentumun korunumları da sırasıyla zamanda öteleme ve döndürme altında uzayın simetrik olmasından kaynaklı olduğu gösterilebilir.
Kuantum alan kuramı ise sadece uzayın simetrisi ile değil, ayrıca alanların simetrisiyle de çalışarak pek çok klasik karşılığı olmayan (bazılarının var) değişik korunum yasalarına götürür. Karşılığı olanlarından biri elektrik yükünün korunumudur. Serbest bir alan düşündüğünüzde, yani etkileşimin filan olmadığı bir durumu düşündüğümüzde, simetrik bir alan yaratabiliriz. Bu alanı reel değil kompleks yaparsak, karmaşık düzlemdeki döndürü altında simetrik olması gerektiğini görürüz. Bu simetriyi uygulayınca önümüze gelen alan hareket denklemi, bize bedavadan elektromanyetik etkiyi verir! Bir anda foton alanı denklemde belirir. Yani bütün bu etkileşimler, simetrilerin sonucu olarak görülebilir ve kuantum alan kuramı, yeni etkileşimleri bu şekilde keşfeder. Elektromanyetik alan gibi olan bir diğer keşif ise, W ve Z adı verilen parçacıklar tarafından iletilen zayıf etkileşim-zayıf kuvvettir. Bu bozonlar tamamen teorik olarak, üç bileşenli bir alanın üç boyutta döndürülerde simetrik kalması prensibine göre yazılan bir denklemden öngörülmüştür. Keşfedildiklerinde ise kütlelerinin teorik hesaba göre çok daha büyük olduğu keşfedilmiştir, zira teoriye göre kütleli olmamaları gerekir! Yani teori ile pratik arasında bir uçurum bulunmaktadır.
Tam bu aşamada bazı fizikçiler, bu bozonlara kütle verebilecek başka bir alanın teoriye eklenebilceğini düşünmeye başladı. Öyle bir alandı ki bu, onu teoriye ekleyince teori simetrisini kaybetmiyor, ayrıca deney sonuçlarıyla uyumlu hale geliyordu. Bu konuda çalışma yapan fizikçilerin arasında tabii ki beklediğiniz gibi Peter Higgs ve François Englert de bulunuyordu. Öncelikle bu düşünceyi elektromanyetizma ve zayıf kuvveti içeren teoride denediler, ve W ile Z bozonlarına kütle verirken fotonu kütlesiz bırakmayı başardılar. Fakat sonrasında bu düşüncenin her parçacığa uygulanabileceği bulundu. Yani standart model artık parçacıkların neden kütleli oduğuna ilginç bir açıklama getirmişti! Bütün kütleyi sağlayan şey higgs bozonu ile olan etkileşimdi. Geriye kalan tek sorun, bu parçacığın gerçek olup olmadığı idi. Geçtiğimiz yıl LHC’ deki deneylerde davranışı higgs bozonuna benzeyen bir parçacığın gözlemlenmiş olduğu haberi verildiğinde Peter Higgs, François Englert ve onlar gibi bu parçacık üzerine çalışanların yaşadığı haklı gururu düşünsenize!
