Kuantum dalgalanmaları nasıl kozmik nesnelere dönüştü? |
Biliyoruz ki hepimiz, dokunabildiğimiz ve koklayabildiğimiz her şey, tüm yıldızlar, gezegenler ve gök cisimlerinin yapıtaşı maddedir. Her normal madde de atomaltı parçacıkların bir araya gelmesi ile oluşmuştur.
Öte yandan bizim evren hikayemize göre, evrenimiz bundan 13,8 milyar yıl önce minik bir noktadan çok şiddetli enerji fışkırması ile başlıyor.
Eğer her şey enerji olarak kalsaydı, yani atom altı parçacıkların kütlesi olmasaydı, parçacıklar evrenin etrafında sonsuza kadar ışık hızıyla dolaşacak ve hiçbir zaman atomlara, yıldızlara, gezegenlere ve canlı- cansız varlıklara dönüşecek kadar yavaşlamayacaklardı.
Ancak böyle olmadı, parçacıklar kütle kazandı ve bugünkü evrenimiz oluştu; ama nasıl?
Simetri bozuluyor
Yine bizim evren hikayemize göre evrenin tasarımından dört temel kuvvet sorumludur.
Bunlar evreninin oluşmasını sağlayan yerçekimi, elektromanynetik kuvvet ile nükleer güçlü ve nükleer zayıf kuvvetlerdir.
Başlangıçta, yani patlama anında bu 4 temel kuvvet bir arada ve tek bir süper kuvvet formunda bulunuyorlardı. Bu evrede kuantum dalgalanmaları, uzay-zamanın dokusunda anlık olarak var olup yok olan sanal parçacıkların ortaya çıkması ile karakterize idi.
Ancak bu kuvvetlerin kardeşliği, “tekillik” evresi olarak tanımlı ilk Plank zamanı sonunda bozuluyor. Yerçekimi kuvveti süper kuvvetten ayrılıyor ve simetri bozuluyor.
Burada söz konusu Planck zamanı, Planck birimleri olarak bilinen birimler ölçeğinde 5 temel birimden biri olup 10-43 saniye ile tanımlıdır. Söylemek gerekirse: Saniyenin trilyonda birinin, trilyonda birinin, onun da trilyonda birinin on milyonda biri demek mümkün olsa da telaffuzu oldukça zor.
Yerçekimi kuvvetinin süper kuvvetten ayrılarak simetrinin bozulması ile birlikte evren genişlemeye başlıyor. Bu, şişme yani enflansyon (inflation) olarak tanımlanan evredir. Büyük Patlamadan kısa bir süre sonra, özellikle 10-35 ile 10-33 saniye arasında gerçekleşen bu son derece hızlı genişleme sonucunda kuantum salınımlarındaki homojenlik bozulmaya başlıyor ve Büyük Patlama’nın şiddeti sonucu uzay-zaman dalgaları ortaya çıkıyor.
Evren şimdi çok sıcak bir radyasyon topudur. Şişme evresi sona erip genişleme yavaşlarken evren soğumaya başlamıştır.
Büyük Patlama’nın ardından 10-30 saniye geçmiştir ki “'nükleer güçlü kuvvet” süper birlikten ayrılıyor. Biliyorsunuz nükleer güçlü kuvvet, atom çekirdeğinin oluşumundan sorumlu kuvvettir; proton ve nötronları bir arada tutar.
Diğer iki kuvvet, elektromanyetik ve nükleer zayıf kuvvetler ise hala süper form içinde birliktedirler.
Artık ilk bir saniyenin üçüncü evresine giriliyor; soğuma devam ederken bebek evrenin hala bir kütlesi yoktur.
Higgs bozonu sahnede
Temel kuvvetlerin madde ile etkileşimleri, “kuvvet taşıyıcı” olarak tanımlanan parçacıklar aracılığı ile gerçekleşir ve bu parçacıklara bozon adı verilir.
Bozon adı, yirminci yüzyılın başından itibaren, Bose-Einstein istatistikleri denilen bir analiz yöntemi geliştirmek için Albert Einstein'la birlikte çalışan ünlü fizikçi Satyendra Nath Bose'un soyadından almıştır.
Büyük Patlama’dan bu ana kadar tüm parçacıklar hala kütlesizdir.
Evren soğudukça ve sıcaklık kritik bir değerin altına düştükçe, 'Higgs alanı' adı verilen görünmez bir alan ortaya çıkar. Aslında bu alan evrenin her yerinde zaten mevcuttur, ancak aktif değildir.
İlk bir saniye sonunda, evrenin soğumasına bağlı olarak Higgs alanı aktif hale geliyor ve Higgs bozonu süper simetriyi bozarak son 2 kuvvet olan “zayıf nükleer kuvvet' ve 'elektromanyetik kuvvet' birbirinden ayrılıyor.
Higgs bozonu ile etkileşimi sonucu kütlesiz olan fotonlar ışık hızında ve kütlesiz yollarına devam ederken diğer parçacıklar kütle kazanıyorlar.
Böylece 'elektromagnetik kuvvet' elektron ve protonları bağlayarak atomları ve genel olarak kütleyi oluştururken, “zayıf nükleer kuvvet' de yıldızların ışığını şekillendiriyor.
Büyük Patlama’nın üzerinden yalnızca bir saniye geçmiştir.
Tanrı parçacığı
Higgs bozonu, varoluş sırlarımızdan biriydi.
Artık bildiğimiz, dokunabildiğimiz ve koklayabildiğimiz her şey; tüm gezegenler, uydular ve yıldızlar varlıklarını Higgs bozonuna borçludurlar.
Onun için bu parçacığa “Tanrı Parçacığı” deniyor.
Higgs bozonu öngörüsü ilk kez Edinburgh'lu, o zamanlar genç bir bilim insanı olan Peter Higgs tarafından 1964 yılında ortaya atılmıştı. Ona göre evren, görünmez bir kuvvet alanının etkisi altında olabilirdi ve bir temel parçacığın bu alanla etkileşime girmesi ile parçacıklara kütle kazandırabilirdi.
Ve bu öngörü tam 60 yıllık araştırma sonunda CERN’de yapılan deneylerle kanıtlandı.
Tekrar hikayemize dönecek olursak; Büyük Patlama’nın üzerinden yalnızca bir saniye geçmiştir ve evren, madde ve enerjiden oluşan çok sıcak bir parçacık çorbası gibidir.
Ancak maddeyi korkunç bir savaş bekliyor.
Çünkü bir karşıtı var: Enerji maddeye dönüşürken aynı anda karşıtı da oluşmuştu.
Tüm karşıtların dinamiğinde olduğu gibi, evren birinci saniyenin sonunda kendi kendini yok etmek üzeredir!
Ancak biz bu savaşın kazananının madde olduğunu biliyoruz!
Kaynakça:
https://www.esa.int/About_Us/ESAC/First_Stars_Formed_Even_Later_Than_Previously_Thought
https://www.nytimes.com/2024/04/09/science/peter-higgs-dead.html
https://www.scientificamerican.com/article/how-the-higgs-boson-ruined-peter-higgss-life/
https://www.newscientist.com/article/2317577-strange-new-higgs-particles-could-explain-shocking-w-boson-result/