MADDE, ANTİMADDEYİ NASIL YENİYOR?

Bilindiği kadarıyla, fizik yasalarının neredeyse tamamı madde ve antimadde arasında aynıdır ve gözlenen tüm reaksiyonlar onları sadece eşit miktarlarda yaratır veya yok eder. Ancak bugün, başlangıçta her bir milyar antimadde parçacığına karşılık, bir milyar madde parçacığı varmış gibi, ağırlıklı olarak maddeden oluşan bir Evrende yaşadığımızdan eminiz. Eğer Evren madde-antimadde simetrik bir durumda başladıysa, ondan antimaddeden daha fazla madde nasıl yaratıldı?

Yaklaşık 3,8 milyar yıl önce, Büyük Patlama anında, Evren tarihteki en sıcak halindeydi. Bilinen her bir parçacık, eşit miktarda antiparçacık eşdeğerleriyle birlikte büyük bir bollukta mevcuttu, hepsi etraflarındaki her şeye hızla ve tekrar tekrar çarpıyordu. Kendilerini saf enerjiden kendiliğinden yaratırlar ve parçacık-antiparçacık çiftleri bir araya geldiğinde saf enerjiye dönüşerek yok olurlar.

Bu enerjilerde var olabilecek başka herhangi bir şey yeni alanlar, yeni parçacıklar veya hatta karanlık madde de bu koşullar altında kendiliğinden kendini yaratacaktır. Ancak Evren bu sıcak, simetrik koşulları sürdüremez. Çünkü anında, sadece genişlemekle kalmaz, aynı zamanda soğur. Bir saniyenin kesrinde, bu dengesiz parçacıklar ve antiparçacıklar yok olur ve geriye maddeyi antimaddeden üstün tutan bir Evren kalır.

Büyük Patlama anında, Evren, maksimum toplam enerjisine kadar yaratılabilecek her şeyle doludur. Var olan sadece iki engel vardır. Söz konusu parçacığı (veya antiparçacığı) yaratmak için çarpışmada yeterli enerjiye sahip olmak gerekir, E = mc2 ile verilir.

Evren'de enerjiler ve sıcaklıklar o kadar yüksektir ki, yalnızca standart model parçacıklarının ve antiparçacıklarının hepsini yapmakla kalmayıp, enerjinin izin verdiği her şeyi yaratılabilir.

Yeterli enerjiniz olduğu ve etkileşimleriniz tüm gerçekliği yöneten kuantum kurallarına uyduğu sürece, yaratılabilecek herhangi bir parçacık türü (veya antiparçacık) sıcak Büyük Patlama'nın erken evrelerinde yaratılmış olmalıdır. Standart Model'in ötesine geçmemizi sağlayacak bu parçacıklardan herhangi birinin evrenimizde var olabileceğinin kesin olmadığını belirtmek gerekir. Lakin teorik olarak izin veriliyor, yani varlıklarını kesin olarak kanıtlayan hiçbir şey yok, ancak bu fiziksel olarak var olmaları gerektiği veya var olabilecekleri anlamına gelmiyor. Bunu deneysel/gözlemsel bir bakış açısından kanıtlamak için, onları yaratmak ve ölçmek için gereken enerjilere gerçekten ulaşmamız gerekiyor.

Evrenin en erken evrelerinde elde edilen enerjiler, CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki parçacık çarpışmalarında elde edilen maksimum enerjilerden yaklaşık bir trilyon kat daha yüksektir. İnsanlık tarihinde yarattığımız en güçlü şey, Büyük Patlama'nın başlamasından sonra erken Evrenin potasında elde edilen enerjiler, yoğunluklar ve sıcaklıklarla karşılaştırıldığında kesinlikle sönük kalmaktadır. Büyük Patlama başladıktan hemen sonra Evren genişlemeye devam eder ve bunu yaparken sadece daha az yoğun hale gelmez, aynı zamanda soğur. Herhangi bir radyasyon kuantumunun enerjisini belirleyen tek faktör dalga boyudur. Kısa dalga boyu daha yüksek enerji anlamına gelirken, uzun dalga boyu daha düşük enerji anlamına gelir. Evren en sıcak ve en yoğun olduğunda, ışığın dalga boyu en kısadır. Ancak uzayın dokusu genişledikçe, içindeki radyasyonun dalga boyları uzar ve gerilir.

Bu, Evren'deki her şeyin soğuduğu ve dalga boyuna sahip olduğunu tanımlayabileceğimiz her şeyin (hem fotonlar gibi kütlesiz parçacıklar hem de de Broglie dalga boyuna sahip büyük parçacıklar için geçerlidir) o dalga boyunun uzadığı, gerildiği ve dolayısıyla kuantumun kinetik enerji kaybettiği anlamına gelir.

Sonuç olarak, çok kısa bir sürede, genişleyen Evren muazzam bir şekilde soğur. Daha düşük enerjiler mevcut olduğunda, belirli bir kütleye sahip parçacıklar yaratmak giderek zorlaşır.

Albert Einstein’ın ünlü denklemi bu süreçte her iki şekilde de çalışır. Örneğin, parçacık anti parçacık çiftleri radyasyona dönüşerek yok olabilir. Fakat çarpışmalar aynı zamanda kendiliğinden parçacık ve antiparçacık çiftleri de yaratabilir.

Standart Model'de yer alan parçacıkların ötesinde yeni parçacıklar (ve/veya antiparçacıklar) varsa, bunlar ultra yüksek enerjilerde yaratılır, ancak Evren belirli bir eşik sıcaklığının altına düştüğünde yaratılmaları durur.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

Peki o zamandan kalan parçacıklara ve/veya antiparçacıklara ne olur?

Parçacık ve antiparçacık çiftlerinin yapması gerektiği gibi, yoğunlukları artık birbirleriyle çarpışamayacakları kadar düşene kadar birbirlerini yok ederler, tüm kararsız parçacıklar gibi, fizik kurallarının izin verdiği bozunma ürünlerine bozunurlar ve günümüze kadar varlığını sürdürür, evreni etkiler ve tespit edilebilir.

İlk olasılık akla gelebilecek her şey için gerçekleşir, ancak her zaman geride bazı kalıntı parçacıklar bırakır. Geriye kalan şey kararlıysa, mükemmel bir karanlık madde adayı olur. Nötrinolar ve en hafif süpersimetrik parçacık, tam olarak mükemmel karanlık madde adayları oluşturur.

Bu karanlık madde için mükemmel bir tarif. Ancak geriye kalanlar, büyük birleşme senaryolarında ortaya çıkan varsayımsal süper ağır bozon parçacıkları gibi kararlı değilse, antimaddeden daha fazla maddeye sahip bir Evren yaratmak için mükemmel bir tarif oluştururlar.

Bunun nasıl çalıştığını bir örnekle açıklayım. Standart Model'de iki tür fermiyon vardır. Atom çekirdeklerini oluşturan kuarklar ve elektron veya nötrino gibi leptonlar. Kuarklar baryon sayısı olarak bilinen bir kuantum sayısı içerir. Bir baryon (bir proton veya nötron gibi) oluşturmak için üç kuark gerekir, bu yüzden her kuarkın baryon sayısı +⅓'tür. Her lepton kendi varlığıdır, bu yüzden her elektron veya nötrinonun lepton sayısı +1'dir. Antikuarklar (-⅓) ve antileptonlar (-1), lepton ve baryon sayıları için buna karşılık gelen negatif değerlere sahiptir.

Yüksek enerjilerde, bu yeni parçacıklardan ve antiparçacıklardan bol miktarda yaratılır. Ancak Evren genişlediğinde ve soğuduğunda, yenilerini üretmenin enerjik olasılıkları olmadan ya yok olacaklar ya da bozunacaklardır. Fizikte bu parçacıkların nasıl bozunabileceğini dikte eden güçlü bir teorem vardır. X veya Y parçacığının sergilediği herhangi bir bozunma için, anti X veya anti Y parçacığının karşılık gelen antiparçacık bozunma yoluna sahip olması ve bu simetrinin var olması gerekir.

Lakin simetrik olması gerekmeyen şey, bozunma ve dallanma oranları olarak bilinir. Parçacıkların veya antiparçacıkların hangi bozunma yolunu tercih ettiği bilinmesi gerekir. Bu oranlar standart model'de farklıdır ve eğer bu varsayımsal yeni parçacıklar için farklıysa, kendiliğinden maddeyi antimaddeye tercih eden bir Evren ile karşılaşabiliriz.

Evrenin denge dışı doğası, izin verilen her şeyi yüksek enerjilerde yaratır ve sonra kararsız bir duruma soğur, bu da antimaddeden daha fazla madde yaratılmasını sağlar. Son derece sıcak bir durumda tamamen simetrik bir Evrenle başlayabiliriz ve sadece soğuyarak ve genişleyerek, madde egemen hale gelen bir Evrenle sonuçlanabilir. Evrenin antimaddeden fazla madde ile doğması gerekmiyordu, Büyük Patlama kendiliğinden hiçlikten bir tane yaratabilir. Tek açık soru, tam olarak nasıl olduğudur.