bu yazıyı hazırlamak, açık konuşayım biraz zordu. Zira fiziğin ve deneysel fizikçilerin dünyasına ve zihinlerindeki o karmaşık yapıya inip bunun neden bu kadar önemli bir olay olduğunu “bizim anlayacağımız şekilde” bir fikir edinebilmek ciddi yorucu bir süreç oldu. Çünkü ortada müthiş teknik detayları olan ve gerçekten algılaması güç bir bulgu var ve fakat bunun inanılmaz sonuçları olabilir. Şimdi. Bahsettiğim gibi mümkün olduğunca bizim anlayacağımız dilde toparlamaya çalışalım.
Özetle olan şu: Fizikçiler dört temel kuvvetten biri olan zayıf nükleer kuvvetin ya da zayıf etkileşimin taşıyıcılarından kuvvet parçacığı W bozonunun tahminlerden %0.1 oranında daha ağır olduğunu keşfettiler. Ve bu bildiğimiz haliyle tarihin en başarılı teorisi olarak bilinen standart modelin ve dolayısıyla bildiğimiz haliyle fiziğin yeniden yazılmasına neden olabilir? Ne olmuş? Gelin bakalım. Bahsettiğimiz ölçüm, W bozonunun tahminlerden ağır olduğu bulgusu henüz çok yeni, bu ayın başında Science dergisinde yayımlandı.
Ve bu bulgu öyle hedefli bir çalışma da değildi. Hatta artık çalışmayan bir parçacık hızlandırıcısının verileri analiz edilirken karşılaşılan bir anomaliydi. Bahsettiğimiz hızlandırıcı Fermilab olarak bildiğimiz laboratuvara ait Tevatron olarak bilinen hızlandırıcıydı. En son 10 yıl önce çalışan Tevatron’dan geriye tabi yığınla veri kalmıştı. Fermilab’ta çalışan araştırmacılar da bu verileri sürekli inceliyorlardı. W bozonu da inceledikleri bir veriydi. Ve işte sonunda W bozonu bu verilerin içinden sürpriz yapmıştı.
Bu sürprizin detaylarına da gireceğiz ama işte bu bulgu özetle bize şunu söylüyor. Eğer bu bulgu doğrulanırsa bu henüz keşfedilmemiş parçacıkları ve hatta evrende göremediğimiz yeni kuvvetler bizi bekliyor olabilir. Bu da çok uzun süredir pek büyük bir revizyona uğramamış kuantum mekaniğinin yasalarının yeniden büyük bir değişime uğramasına neden olabilir. Bir teorik fizikçi Sven Heinmeyer de bununla ilgili şunu söylüyor: “Evreni anlayışımızı tamamen değiştirebilir bu bulgu. Ve hatta 2012’deki Higgs keşfini bile gölgede bırakabilir. Zira Higgs önceki tahminlere uyuyordu. Bu bizim için keşfedilmemiş yepyeni bir alan açabilir”.
Evet. Anlayacağımız. Durum ciddi. Şimdi. Olan şu. Standart modeli biliyoruz az çok. Daha önce birkaç kez bahsettik. Bildiğimiz tüm parçacıkları ve kuvvetleri barındıran, sayısız denklemi ile birlikte biraz da korkutucu olan fakat tüm yasaları neredeyse kusursuz bir şekilde içeren bir model. “Neredeyse” diyoruz çünkü çok iyi bildiğimiz bir şey var. Standart Model eksik. Evet. Elimizdeki en başarılı modelimiz eksik. İşte tam da bu nedenle çok çok uzun süredir fizikçilerin en büyük hayali bu eksikleri bulmak ve hatta standart modeli yeniden yazmak olmuştur. İşte bu bulgu bu fırsatı sunmuş olabilir.
W bozonunu bir anlayalım önce devam etmeden. W ve Z bozonları bahsettiğimiz gibi evrenin dört temel kuvvetinden biri olan zayıf nükleer kuvvetin taşıyıcılarıdır. Diğer kuvvetler, Kütleçekim, elektromanyetizma ve güçlü nükleer kuvvetin itme, çekme vs. gibi özelliklerinin aksine zayıf kuvvet genellikle ağır parçacıkları daha hafif olanlara “dönüştürmesiyle” bilinir. Bir müon bozunarak W bozonu ve nötrinoya dönüşür, sonra W ozonu bir elektron ve başka bir nötrinoya dönüşür. Gibi. Bunun önemi şudur. Bu süreçte bildiğimiz bu atomaltı dönüşüm sonucunda radyoaktivite ortaya çıkar ve en basit haliyle güneşimizin enerjisini sağlayan da bu süreçtir.
İşte birçok deney W ve Z bozonlarının kütlelerini son 40 yıldır ölçüyor. Diğer parçacıklar için bu süreç nispeten kolay olsa da W bozonunun bu dönüşüm özelliği onun kütlesinin tam olarak hesaplanmasını zorlaştırıyordu. Yine de W bozonu çalışmalarında diğer parçacıklarla bağlantılarını da hesaba katarak yeni parçacıkların varlığını da tahmin edebiliyorlardı. Örneğin bu sayede 1990’larda üst kuark parçacığı keşfedilmeden önce ve 2000’lerde Higgs bozonu keşfedilmeden önce kütlelerini çok yakın bir şekilde tahmin edebilmişlerdi. Ama işte W bozonu kendi başına pek kolay lokma değildi.
Başta bahsettiğimiz çalışma da Tevatron parçacık hızlandırıcısının 2002 ila 2011 yılları arasındaki çalışmalarında kayıtlara geçen yaklaşık 4 milyon kadar W bozonu incelenerek yapıldı. Bu çalışmanın neredeyse 10 yıl sürmesinin nedeni de verilerde karşılaştıkları yığınla belirsizlikti. E tabi bulgularını da tekrar tekrar doğrulamaları gerekiyordu. Zira standart modele göre w bozonunun kütlesi 80.357 mega elektron volt olarak tahmin ediliyor. Hata payı olarak da 6 mega elektron volt bırakılıyor. 80.357’de 6. Bu kadar hassas ölçümlerden baghsediyoruz.
Fakat işte çalışmalar sonuçlandıktan ve sayısız yeniden analizden sonra yeni ölçüme göre W bozonunun kütlesinin 80.433 mega elektron volt olduğu ortaya çıktı. 9.4 hata payı ile birlikte. Bu standart modelin tahmin ettiğinden 77 mev daha yüksek demek. Peki bu ne demek biliyor musunuz? 7 sigmalık bir sapma demek. Hemen açalım. Sigma dediğimiz standart sapma olarak da bilinir. Çok basit anlatmak gerekirse. Genellikle 4 sigma bilim insanları için büyük bir işarettir. Yeni bir keşif olabileceği, standarttan çok fazla sapıldığı anlamına. Daha üstü ise kesinlikle elimizdeki teoride bir sorun olduğunu gösterir. 7 sigma ise haliyle büyük bir çan etkisi yaptı bilim dünyasında.
Başta da söylediğimiz gibi. Bilmediğimiz yeni parçacıklar, yeni kuvvetler… Yepyeni bir fizik anlamına gelebilir bu. Fakat önce bir geri yaslanalım. Çünkü henüz bir şey kesin değil. İlk olarak. Bu çalışma ilk değil. Daha önce de birçok kez W bozonunun kütlesi çalışılmış ve örneğin 2017 yılında CERN’deki ATLAS deneyinde çok çok ufak bir fark keşfedilmişti. Standart sapmanın dahilindeydi bu sonuç da. Kaldı ki 7 sigma da en azından bu tip araştırmalarda bir kesinlik, bir sonuç göstermiyor. Ama kesinlikle bilim insanlarına analizlerini yeniden gözden geçirmesi, daha fazla çalışma yapması gerektiğini söylüyor.
Peki biz şimdi bunun olası sonuçlarına kısaca bir bakalım. Yani fizikte neleri değiştirebilir? Nasıl bir değişiklik yaratabilir? Haliyle fizikçiler hemen sonuçlar kesin olmamasına rağmen bazı olası açıklamalar üzerinde kafa yormaya başladılar.
Bunlardan birisi de süpersimetri olarak bilinen teori. Daha önce birkaç kez laf arasında geçmiştir kanalımızda da ancak detaylı konuşmamıştık. Özetle bildiğimiz parçacıkların simetrik parçacıklarını da hesaba katarak tümünü ikiye katlayan ve karanlık madde gibi açıklayamadığımız maddeleri de açıklamaya çalışan süpersimetri bazı fizikçilere göre her şeyi açıklamaya aday en “güzel” teorilerden biri. Ama bir sorun var. Büyük hadron çarpıştırıcısı bu teoriyi destekleyen bir şey bulabilmiş değil. En ufak bir kanıt bile yok. İşte W Bozonundaki bu anomali kimine göre süpersimetrinin işareti olabilir.
Kaldı ki bir grup fizikçi hala süpersimetrinin kanıtlanacağı günü bekliyor. Belki de onların günü gelmiştir. Şu an için büyük hadron çarpıştırıcısında yapılan geliştirmelerle yapılacak yeni deneyleri ve bu çalışmanın daha da genişletilmesini beklemekten başka çaremiz yok gibi görünüyor. Ama bu olasılıklar, yeni bir fizik olasılığı. Müthiş heyecan verici değil mi? İnsanlığın yepyeni bir fizik ile tanışması, bunun için çalışan bilim insanları… Yeni Planck’lar, Einstein’lar, Bohr’lar, Heisenberg’lerle tanışmak ve belki de aramızdan birilerinin bu isimler olması… Düşünmesi bile çok güzel. Başta söylediğim gibi.
Anlaması, algılaması çok güç olsa da umarım bu bulgunun neden önemli olduğunu anlatabilmişimdir. Bu konuyu çok yakından takip edeceğimi de bilmenizi isterim. Herhangi bir gelişme olursa mutlaka paylaşacağım sizinle.
