Standart Model Ve Gelecek

Standart Model en basit haliyle bile, maddenin yapısını ve kararlılığıyla ilgili sorunların pek çoğunu; dört kuvvetin etkisi altındaki altışar çeşit kuark ve leptonla, oldukça inandırıcı biçimde yanıtlayabiliyor Hatta, evreni oluşturan görünür maddenin yapısını, sadece iki kuark (u,d) ve bir leptonla (elektron), yani en hafif olan birinci neslin parçacıklarıyla, çok daha basit olarak açıklıyor Şöyle ki: Eğer komşumuz bilmem kimin veya kendimizin ne menem bir şey olduğunu merak ediyorsak; iki kuark bir lepton, yani elektron: başka hiçbir numaramız yok
Ancak, Standart Model'in yanıtlayamadığı sorular da var En önemlileri şöyle sıralanabilir:

• Kuarklarla leptonlar gerçekten temel parçacık mı, yoksa daha temel başka parçacıklardan mı oluşuyor?
• Madem görünür evren sadece birinci neslin iki kuark ve bir leptonundan oluşuyor, diğer iki nesil niye var?
• Parçacık kütleleri niye öngörülemiyor ve kütleçekimi bu modele, en uyumlu şekilde nasıl girmeli?
• Maddeyle karşıtmadde arasında bir simetri varsa eğer, evrene baktığımızda neden hep madde görüyoruz da, hemen hiç karşıtmadde göremiyoruz?
• Evren üzerindeki kütleçekimi etkisi açıkça görülen 'karanlık madde'nin yapısı nedir ve neden gözlenemiyor?
• Dört ayrı etkileşimin çalışma biçimlerini anlamaya çalışmak yerine, bu dördü tek bir etkileşimin çatısı altında toplanamaz mı?

Parçacık fiziğinin bugünkü ana amaçlarından birisi, dört temel kuvvetin; evrendeki düzeni daha basit ve şık bir şekilde açıklayabilecek, tek bir 'Büyük Birleşik Alanlar Kuramı'nda birleştirilmesi Çünkü yukarıdaki sorunların çoğunun yanıtının, bu basitleştirme sırasında yanıtlanmış olacağı düşünülüyor
Farklı görünen olayları birleştirmenin örnekleri geçmişte yaşanmış Örneğin, 1861-64 yılları arasında James Maxwell, daha önce farklı oldukları düşünülen elektrik ve manyetik olayları, kendi adıyla anılan tek bir denklem sisteminde birleştirdi Hertz daha sonra, 1881-84 yılları arasında, radyo dalgalarının ve ışığın, farklı frekanslardaki elektromanyetik dalgalar olduğunu göstererek, Maxwell'in öngörülerini haklı çıkardı
Einstein son zamanlarında, kütleçekimi ile elektromanyetik kuvvetleri birleştirmeye çalıştıysa da, bunu başaramadı Glashow, Salam ve Weinberg 1967-70 yılları arasında, elektromanyetik ve zayıf etkileşimleri birleştiren 'Elektrozayıf' kuramı geliştirdi Bu kuram, beta bozunmasında rol oynayan W bozonlarının kütlesini öngördüğü gibi, ayrıca, yeni bir zayıf etkileşim tipinin ve bu etkileşimin aracısı olarak Z bozonunun varlığını öneriyordu Önerileri arasında Higgs parçacığının varlığı da vardı 1979 yılında bu çalışmalarından dolayı Nobel Ödülü'nü aldılar W ve Z bozonlarının varlığı, bundan ancak dört yıl sonra, 1983 yılında, CERN'de yapılan UA-1 ve UA-2 deneyleri sonucu keşfedilebildi Standart Model, dramatik bir şekilde kanıtlanmıştı Bugün ise, hızlandırıcıların dedektörlerinde 100,000'den fazla W ve milyonlarca Z parçacığı gözlenmiş bulunuyor

Kuvvet taşıyıcı bir parçacık olmayan, hatta kütlesinin olması dahi gerekmeyen Higgs bozonu ise hala gözlenemedi Kütlesi varsa ve ağırsa, bu parçacığın gözlenebilmesi için, parçacık çarpıştırmalarında çok daha yüksek enerjilere çıkılması gerekiyor
CERN'deki dairesel 'büyük elektron pozitron' hızlandırıcısının sökülüp, yerine 'büyük hadron çarpıştırıcısı'nın inşasına, biraz da bu amaçla başlandı Yandaki şekilde; iki proton, yapımı süren LHC hızlandırıcısında yüksek enerjiyle çarpıştırıldıklarında, ATLAS dedektöründe açığa çıkacak olan bir dizi diğer parçacık arasında bir Higgs parçacığının da bulunması halinde oluşacak olan bozunma şemasının benzetişimi gösteriliyor

Eldeki veriler ve kuram, dört tür etkileşimin; etkilenen parçacıkların enerjisi yeterince yüksek düzeylere ulaştığında, tek ve aynı bir etkileşime doğru benzeştiği izlenimini veriyor Dolayısıyla, güçlü etkileşimi de, elektromanyetik ve zayıf etkileşimlerle birleştirmeye yönelik çalışmalar, yoğun bir şekilde sürdürülüyor Şimdiden önerilmiş bazı Birleşik Kuram'lar bulunmakla beraber, hepsinin de kanıtlanmak gereksinimi var Bu kuramlardan bazıları, Standart Model'in, lepton ve baryon sayılarının korunmasına yönelik ilkesinin zedelenebileceği doğrultusunda öngörülerde bulunuyor Bu kapsamda yapılan çalışmalar örneğin, protonun bozunmasına yol açan bir tür kuvvet taşıyıcı parçacığın varlığını öneriyor ve dolayısıyla, protonun da bozunabileceğini öne sürüyor Buna göre proton; yukarı kuarklarından birinin aşağı kuarka dönüşmesi sonucu, pozitron ışınlayarak, nötür bir pi mezonuna dönüşebiliyor
(p e+ + 0) Nötür pi mezonu daha sonra, iki gama ışınına bozunarak yok oluyor Halbuki Standart Model'e göre böyle bir bozunma, 'baryon sayısı' korunmadığından mümkün değil Fakat o zaman da, madde ile karşıt madde birbirlerine eşit konumda iken ve evrende bu kadar çok madde varken, niye hemen hemen hiç karşıt madde bulunmadığı sorusunu yanıtlamak güçleşiyor

Sözkonusu birleşik alan kuramlarına göre, evrendeki madde karşıt madde dengesizliği; evrenin ilk oluşma aşamasındaki parçacık üretim süreçlerinin, termodinamik denge durumu civarındaki salınımlar nedeniyle bir süre için, baryonların lehine küçük bir (10,000'de 1) sapmaya uğramış olmasından kaynaklanıyor Bu sırada üretilmiş olan madde parçacığı fazlalığı, daha sonra madde ve karşıt madde parçacıklarının birbirlerini yoketmesinden sonra geriye kalmış olup, evrende bugün görünen baryon maddeyi oluşturuyor Protonun bozunma süreci ise şimdi bir bakıma, bir zamanlar yer almış olan o sapmayı düzeltici yönde veya 'baryon sayısı'nı denge konumunun gerektirdiği düzeye geri döndürme doğrultusunda çalışıyor Proton bozunması bu açıdan çok önemli ve üzerinde yoğun olara çalışılan bir konu
Bozunmanın deneysel olarak gözlemlenebilmesi için; Japonya'da ve ABD'nin Argon Ulusal Laboratuvarları'nda, kozmik ışınların uzak tutulabilmesi amacıyla yeraltı deneyleri yapılıyor Japonya'daki Süper-Kamiokande düzeneği, yerin 1000 m altındaki bir maden galerisinde inşa edilmiş olup; 40x40m boyutlarındaki silindir bir tankın içinde bulunan 50,000 ton saf su ve silindir yüzeyinin etrafındaki 11,000 dedektörden oluşuyor Düzenek aslında; güneşten veya galaksimizin herhangi bir yerindeki süpernova patlamalarından, ya da atmosferden kaynaklanan nötrinoları gözlemlemeye yönelik bir 'nötrino gözlem evi' Ancak, içindeki suda bulunan yaklaşık 335x1033 hidrojen çekirdeğini oluşturan protonlardan birinin bozunması halinde, bunu da belirlemeye yetkin
Bu deneylerde şimdiye kadar hiçbir proton bozunması gözlenememiş durumda Ki bu, protonun yarı ömrünün en az 1033 yıl olduğu anlamına geliyor Fakat protonun hiç bozunmuyor olması olasılığı hala var

Kütleçekimini diğer etkileşimlerle birleştirmeye çalışan bazı fizikçiler; her temel parçacığın, çok ağır kütleli bir kuvvet taşıyıcı 'gölge' parçacığının ve her kuvvet taşıyıcı parçacığın da, yine çok ağır bir 'gölge' madde parçacığının olması gerektiği şeklinde, çarpıcı bir öneride bulunuyor Kuvvet taşıyıcı parçacıklarla madde parçacıkları arasındaki bu ilişiye 'süpersimetri' deniyor ve örneğin her kuark çeşiti için, 'skuark' denilen bir gölge parçacığın varlığı öneriliyor Henüz hiçbir süpersimetrik parçacığa rastlanmamış olmakla beraber, CERN ve Fermi laboratuvarlarında yapılan deneylerde aranmalarına devam edilecek

Öte yandan, modern fiziğin kuantum mekaniği, relativite ve kütleçekim kuramlarından her birisi, ilgileri kapsamındaki olayları oldukça yetkin bir şekilde açıklayabilmekle beraber, aralarında bir uyum sergilemiyorlar

Bu durumun, dört boyutlu 'uzay-zaman'ın, üç boyutlu alt uzayında yaşadığımız yanılgısından kaynaklandığı ve bu alt uzayın boyutlarının artması halinde, sorunun ortadan kalkabileceği düşünülüyor Bu nedenle bazı araştırmacılar, içinde yaşadığımız uzayın, aslında üçten fazla boyuta sahip olduğunu, fakat çok küçük olduklarından, bizim bu diğer boyutların farkında olmadığımızı düşünüyorlar Tıpkı, ip üzerinde yürüyen bir cambazın tek boyutta hareket edebilmesi, halbuki aynı ip üzerindeki minik bir böceğin, ipin o kıvrılmış olan ikinci minik dairesel boyutunun da farkında olabilmesi ve o boyut doğrultusunda ilerlediğinde, çabucak aynı noktaya geri dönmesi gibi Dolayısıyla, modern fiziğin yeni önerilerinden birisi, parçacıkların, bu farkına varılamayan ek boyutlara kıvrılıp sıkışmış bulunan ve titreşip duran sicim veya membranlardan oluştuğu şeklinde

Üzerindeki kütleçekimi etkileri, evrenin gözlemleyebildiğimizden çok daha fazla kütleye sahip olmasını gerektiriyor ve bu durum, göremediğimiz bir çeşit maddenin daha varlığını gerektiriyor Yapısı henüz bilinmeyen bu maddenin, bildiğimiz proton, nötron ve elektronlardan oluşmadığına dair güçlü kanıtlar var Nötrinolardan ve hatta belki de, süpersimetri kuramının önerdiği parçacıklardan birisi olan 'nötralino' gibi, maddenin daha garip biçimlerinden oluşuyor Zaman gösterecek
Nereden nereye