Bilim adamları gizemleri keşfetmeye başlıyor ve gizem ne kadar büyükse, coşku da o kadar büyük. Bilimde birçok büyük cevaplanmamış soru var, ama büyük olduğunuzda, "Hiçbir şey yerine neden bir şey var?"
Bu felsefi bir soru gibi görünebilir, ancak bilimsel araştırmaya çok uygun bir sorudur. Biraz daha somut bir şekilde, "Evren neden bu soruyu sorabilmemiz için insan hayatını mümkün kılan madde türlerinden yapılmıştır?" Japonya'da araştırma yapan bilim adamları, geçtiğimiz ay soruların en büyüleyici olanını doğrudan ele alan bir ölçüm açıkladılar. Ölçümlerinin mevcut teorinin en basit beklentileri ile aynı fikirde olmadığı ve bu zamansız sorunun cevabına işaret edebileceği görülmektedir.
Ölçümleri, belirli bir atomaltı parçacıkları kümesi için madde ve antimaddenin farklı hareket ettiğini söylüyor.
Madde / Karşımadde
Japonya, Tokai'de bulunan J-PARC hızlandırıcısını kullanarak, bilim adamları, nötrinos adı verilen hayalet atom altı parçacıklar ve Dünya'daki anti-karşı muadilleri (antineutrino), Japonya'da da Kamioka'da bulunan Süper Kamiokande deneyine ateşledi. T2K (Tokai to Kamiokande) adı verilen bu deney, evrenimizin neden maddeden oluştuğunu belirlemek için tasarlanmıştır. Nötrinoların sergilediği, nötrino salınımı adı verilen tuhaf bir davranış, bu sinir bozucu soruna biraz ışık tutabilir.
Evrenin neden maddeden yapıldığını sormak tuhaf bir soru gibi gelebilir, ancak bilim adamlarının buna şaşırması için çok iyi bir neden var. Çünkü bilim adamları maddenin varlığını bilmenin yanı sıra antimadde de biliyorlar.
1928'de İngiliz fizikçi Paul Dirac, karşıt maddenin varlığını, maddenin karşıt bir kardeşini önerdi. Eşit miktarda madde ve antimadde birleştirin ve ikisi birbirini yok eder, bu da muazzam miktarda enerjinin salınmasına neden olur. Ve fizik ilkeleri genellikle ters yönde eşit olarak iyi çalıştığı için, müthiş miktarda enerjiniz varsa, tam olarak eşit miktarda maddeye ve antimadde'ye dönüşebilir. Antimadde 1932'de Amerikalı Carl Anderson tarafından keşfedildi ve araştırmacılar özelliklerini incelemek için neredeyse bir yüzyıl geçirdiler.
Ancak, bu "tam olarak eşit miktarlarda" ifadesi bilmecenin temel noktasıdır. Büyük Patlama'dan hemen sonraki kısa anlarda, evren enerji doluydu. Genişledikçe ve soğudukça, bu enerjinin günümüzde gözlemlenmesi gereken eşit parça maddeye ve antimadde atom altı parçacıklara dönüşmesi gerekirdi. Yine de evrenimiz tamamen madde içerir. Nasıl olabilir?
Bilim adamları evrendeki atom sayısını sayarak ve bunu gördüğümüz enerji miktarı ile karşılaştırarak "tam olarak eşit" in pek doğru olmadığını belirlediler. Her nasılsa, evren ikinci bir yaşın trilyonda birinin onda biri kadar olduğunda, doğa kanunları madde yönünde her zaman çok az eğrildi. Her 3.000.000.000 antimadde parçacığı için 3.000.000.001 madde parçacığı vardı. 3 milyar madde parçacığı ve 3 milyar antimadde parçacığı bir araya geldi ve enerjiye geri döndü ve bugün gördüğümüz evreni oluşturmak için küçük maddeleri fazla bıraktı.
Bu bulmacanın neredeyse bir asır önce anlaşıldığı için araştırmacılar, maddenin fazlalığını açıklayacak atom altı parçacıklarda davranış bulup bulamayacaklarını görmek için madde ve antimadde üzerinde çalışıyorlar. Maddenin ve antimaddenin eşit miktarlarda yapıldığından emindirler, ancak kuark adı verilen bir atomaltı parçacık sınıfının, maddeyi antimadde yerine hafifçe tercih eden davranışlar sergilediğini gözlemlemişlerdir. Bu özel ölçüm, maddeden antimaddeye ve tekrar geri dönebilen K mezonları adı verilen bir parçacık sınıfını içeren ince bir ölçümdü. Ancak, tersine kıyasla antimaddeye dönüşen madde arasında küçük bir fark vardır. Bu fenomen beklenmedikti ve keşfi 1980 Nobel ödülüne yol açtı, ancak etkinin büyüklüğü maddenin neden evrenimizde baskın olduğunu açıklamak için yeterli değildi.
Hayalet kirişler
Böylece, bilim adamları davranışlarının fazlalığı açıklayıp açıklayamayacağını görmek için dikkatlerini nötrinolara çevirmişlerdir. Nötrinolar atomaltı dünyanın hayaletleridir. Sadece zayıf nükleer kuvvetle etkileşime geçerek, neredeyse hiç etkileşim kurmadan maddeden geçebilirler. Ölçek hissi vermek için, nötrinolar en çok nükleer reaksiyonlarda oluşur ve etraftaki en büyük nükleer reaktör Güneş'tir. Kendini güneş nötrinolarının yarısından korumak, yaklaşık 5 ışıkyılı derinliğinde sağlam bir kurşun kütlesi alacaktı. Nötrino gerçekten fazla etkileşime girmez.
1998 ve 2001 arasında, biri Super Kamiokande dedektörü ve diğeri Ontario Sudbury'de bulunan SNO dedektörü kullanılarak yapılan bir dizi deney, nötrinoların başka bir şaşırtıcı davranış sergilediğini kesin olarak kanıtladı. Kimliklerini değiştiriyorlar.
Fizikçiler, her biri elektronlar, müonlar ve taus adı verilen benzersiz bir atomaltı kardeşle ilişkili üç farklı nötrino türünü biliyorlar. Elektronlar elektriğe neden olan şeydir ve muon ve tau parçacığı elektronlara çok benzer, ancak daha ağır ve kararsızdır.
Elektron nötrino, muon nötrino ve tau nötrino olarak adlandırılan üç çeşit nötrino, diğer nötrino türlerine "dönüşebilir" ve tekrar geri dönebilir. Bu davranışa nötrino salınımı denir.
Nötrino salınımı benzersiz bir kuantum fenomeni, ancak bir kase vanilyalı dondurma ile başlamak kabaca benzerdir ve gidip bir kaşık bulduktan sonra, kasenin yarım vanilya ve yarı çikolata olduğunu bulmak için geri gelirsiniz. Nötrinolar kimliklerini tamamen bir türden, bir tür karışımından tamamen farklı bir türe dönüştürür ve sonra orijinal türe geri döndürür.
Antineutrino salınımları
Nötrinolar madde parçacıklarıdır, ancak antineutrino adı verilen antimadde nötrinoları da vardır. Ve bu çok önemli bir soruya yol açıyor. Nötrinoslar salınır, ancak antineutrinolar da salınır ve nötrinolarla aynı şekilde salınır mı? İlk sorunun cevabı evet, ikincinin cevabı bilinmemektedir.
Bunu biraz daha eksiksiz, ama basitleştirilmiş bir şekilde düşünelim: Diyelim ki sadece iki nötrino tipi var - müon ve elektron. Ayrıca, tamamen müon tipi nötrinolardan oluşan bir ışınınız olduğunu varsayalım. Nötrinolar belirli bir hızda salınırlar ve ışık hızına yaklaştıklarından, yaratıldıkları yerden mesafenin bir fonksiyonu olarak salınırlar. Böylece, bir saf muon nötrino demeti belli bir mesafedeki bir müon ve elektron türlerinin karışımı gibi görünecek, daha sonra başka bir mesafedeki tamamen elektron türlerini ve daha sonra sadece müonya dönecektir. Karşımadde nötrinoları da aynı şeyi yapar.
Bununla birlikte, madde ve antimadde nötrinoları biraz farklı oranlarda salınırsa, saf bir muon nötrinolarının veya muon antineutrino demetinin oluştuğu noktadan sabit bir mesafede olsaydınız, göreceğiniz nötrino durumunda müon ve elektron nötrinolarının bir karışımı, ancak antimadde nötrino durumunda, farklı bir antimadde muon ve elektron nötrino karışımı görürsünüz. Gerçek durum, üç çeşit nötrino olması ve salınımın ışın enerjisine bağlı olması nedeniyle karmaşıktır, ancak bunlar büyük fikirlerdir.
Farklı salınım frekanslarının nötrinolar ve antinötrinolar tarafından gözlemlenmesi, evrenin maddeden oluştuğunu anlama yolunda önemli bir adım olacaktır. Hikayenin tamamı bu değil, çünkü ek yeni fenomenler de geçerli olmalı, ancak madde ve antimadde nötrinoları arasındaki fark, evrende neden daha fazla madde olduğunu açıklamak için gereklidir.
Nötrino etkileşimlerini açıklayan mevcut kuramda, nötrinoların ve antineutrinoların farklı salınım olasılığına duyarlı bir değişken vardır. Bu değişken sıfırsa, iki tip parçacık aynı hızlarda salınır; bu değişken sıfırdan farklıysa, iki parçacık tipi farklı şekilde salınır.
T2K bu değişkeni ölçtüğünde, nötrinoların ve antinötrinoların aynı şekilde salınım hipoteziyle tutarsız olduğunu buldular. Biraz daha teknik olarak, bu değişken için bir dizi olası değer belirlediler. Bu değişken için gerçek değerin bu aralıkta olma olasılığı yüzde 95 ve gerçek değişkenin bu aralığın dışında olma olasılığı sadece yüzde 5'dir. "Fark yok" hipotezi yüzde 95 aralığının dışında.
Daha basit terimlerle, mevcut ölçüm nötrinoların ve antimadde nötrinolarının farklı bir şekilde salındığını, ancak kesinliğin kesin bir iddiada bulunma seviyesine yükselmediğini göstermektedir. Aslında eleştirmenler, bu istatistiksel anlamlılık düzeyine sahip ölçümlerin çok, çok şüpheci bir şekilde ele alınması gerektiğini belirtmektedir. Ancak bu kesinlikle son derece kışkırtıcı bir başlangıç sonucudur ve dünyanın bilim topluluğu gelişmiş ve daha kesin çalışmalar görmekle son derece ilgilenmektedir.
T2K deneyi, kesin bir ölçüm yapma umuduyla ek veriler kaydetmeye devam edecek, ancak şehirdeki tek oyun değil. Chicago dışında bulunan Fermilab'da NOVA adı verilen benzer bir deney, T2K'yı yumrukla yenmeyi umarak hem nötrinoları hem de antimadde nötrinolarını kuzey Minnesota'ya vuruyor. Ve geleceğe daha fazla baktığımızda, Fermilab, bu önemli fenomeni incelemek için çok daha üstün yeteneklere sahip olan DUNE (Derin Yeraltı Nötrino Deneyi) adı verilen amiral gemisi deneyi üzerinde çok çalışıyor.
T2K sonucu kesin olmamakla birlikte dikkatli olunması gerekiyorsa da kesinlikle cezbedicidir. Evrenimizin neden kabul edilebilir bir antimadde içermediği sorusunun önemi göz önüne alındığında, dünya bilim topluluğu merakla daha fazla güncellemeyi bekleyecektir.
