Elektronlar Ölümsüz Müdür? Değillerse, Ömürleri Ne Kadardır?

Bir elektron, negatif elektrik yüke sahip atom altı bir parçacıktır. Bilinen hiçbir bileşeninin olmayışı sebebiyle de Evren’in temel yapıtaşı (ya da temel parçacık) olarak kabul edilir. Temel fizik, ayrıca, elektronların ölümsüz olduklarını söyler. Bu temel varsayımı test etmek için yakın zamanda yapılmış bir çalışmanın bile elektronun ölümsüzlük unvanını yerle bir etmeye gücü yetmedi. Fakat en azından, elektrona asgariden bir ömür biçebildi: 66.000 yotta yıl ($6.6\times 10^{28}$ yıl). Yani Evren’in şu anki yaşının yaklaşık 5 kentilyon katı. 

İtalya’daki Gran Sasso Dağı’nın derinliklerindeki Borexino Nötrino Dedektörü’yle çalışmalar yürüten uluslararası bir araştırma ekibi, elektronun daha hafif parçacıklara bozunup bozunmadığına dair işaretler aradılar. Ama tam da beklenildiği gibi, bu deneyden elleri boş çıktılar. “Elleri boş çıktılar” derken aklınıza olumsuz bir şey gelmesin çünkü tam tersi durum gerçekleşseydi, yani elektronların fotonlara, nötrinolara ve hatta daha düşük kütleli temel parçacıklara bozunduğuna dair herhangi bir kanıtla çıkagelselerdi, fizikte temel prensip olan “elektrik yükünün korunumu” yasası darmaduman olacaktı. Böylesi bir keşif Standart Model’i paramparça edip tamamıyla yeni bir fiziğe kapı açmak anlamına gelecekti. 

Deney şöyle gerçekleşti: petrol esaslı bir sıvı neredeyse kütlesiz ve nötr bir parçacık olan nötrino ile etkileşime girdi. Nötrino, sıvının atomlarından birindeki elektronu serbest bırakır ve bu sıvının ışımasına yol açar. Deneyde açığa çıkan ışık, dedektörün yaklaşık 2000 adet fotomultiplikatörü (ışılçoğaltıcısı) tarafından artırıldı ve böylelikle ışık saptanır hale getirildi. Araştırmacılar, elektronun bir fotona ve bir nötrinoya olan varsayımsal bozunması sonucunda ortaya çıkabilecek fotonlara karşı detektör hassasiyetini hesapladılar. Bu noktadan hareketle, elektron durağan kütlesinin yarısına karşılık gelen yaklaşık 256 kilo-elektron-voltluk enerjilerde foton “etkinliği” aradılar. 408 gün boyunca toplanan verilere baktıktan sonra, elektron bozunumuna dair hiçbir şey bulamadılar. 

Deneyin sonucunda elektron bozunmasına dair herhangi bir veri elde edemeseler de araştırmacılar, en azından, şu ana kadar yapılagelmiş en isabetli bir ölçümle elektronlara ortalama bir “yaşam süresi” belirleyebildiler. Şu anda var olan bir parçacığın 66.000 yotta yıl ($6.6\times 10^{28}$ yıl), ya da Evren’in şu anki yaşının yaklaşık 5 kentilyon katı) daha varlığını sürdürmeye devam edebileceğini hesapladılar. 

Ama tabii ki bu, elektronların bu kadar uzun süre yaşayacağı anlamına gelmiyor. Birinci sebep, Evren’in muhtemelen bahsedilen 66.000 yotta yıl kadar uzun varlığını koruyamayacağı. Diyelim ki Evren, olası “Büyük Yırtılma/Parçalanma” senaryosu gerçekleştikten sonra ayakta kaldı, bu durumda elektron gibi parçacıkların temel özellikleri muhtemelen çok farklı olacaktır. İkincisi, belki de en isabetlisi, elektron “ömrü” üzerine yapılan her yeni ölçümün, elektrona asgari “yaşam süresi” biçme bakımından, kendinden önceki ölçümün sonucunu geçmesi. Örneğin, Borexino deneyiyle belirlenen ömür alt limiti 1998’de yapılan bir ölçümün 100 katı kadar daha büyüktür. Diğer bir ifadeyle, elektron bozunması gerçekleşecekse, bunun, her 6.6 × 1028 yılda bir’den daha az bir sıklıkla meydana gelmesi beklenir.

Sözlerimizi, Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü profesörlerinden Sean Carroll’un elektronun bozunmayışı ile ilgili şu yorumuyla bitirelim: 

Elektrik yükü korunmasaydı, bu çok şaşılası bir durum olurdu. Bu yüzden de herkes elektronun bozunmayacağını düşünür. Yine de aramaya devam etmeliyiz. Bu durum, piyango biletine ikramiye vurmasına benzer. Aradığınız şeyi bulmak çok düşük bir ihtimaldir; bulursanız da zengin olursunuz. Şu ana kadar hiçbir şey bulunamadı ama sıfır getirili sonuçlar da üretken bilimin önemli bir kısmıdır.