Homer Simpson, Higgs Bozonu'nun Kütlesini 14 Sene Önceden "Neredeyse" Tahmin Etti!

Homer Simpson, Simspsonlar isimli çizgi dizinin meşhur baş karakteridir. Onu tanımayan neredeyse kimse yoktur. Simpsonlar, birçok politik, bilimsel, etik, dini, vb. konulara değinmeleriyle meşhur, oldukça eğlenceli ve öğretici bir televizyon dizisi... Ancak yapımcıların bazı bölümlere gizledikleri bilimle ilgili parçalar, gerçekten baş döndürücü!

Bunlardan bir tanesi, Higgs Bozonu'nun keşfi ve kütlesinin hesabından yaklaşık 14 sene önce, Simpsonlar'ın bir bölümünde Homer'ın tahtaya yazdığı denklemin, Higgs Bozonu'nu tahmine yönelik bir girişim olması! Ne yazık ki bu denklem, şu andaki verilerimize göre pek isabetli değil. Ancak dönemin verilerine, belirsizliklerine ve tahminlerine göre son derece isabetli diyebiliriz. Buna az sonra değineceğiz. Önce bölümü ve denklemi azıcık tanıtalım:

Eylül 1998'de (CERN'deki deneyin yapıldığı 2012'den yaklaşık 14 sene önce) yayılanan "Evergreen Terrace'ın Büyücüsü" isimli bölümde Homer kara tahtaya bir denklem yazmaktadır. "Simpsonlar ve Onların Matematiksel Sırları" isimli kitabın yazarı Simon Singh, bu denklemin Higgs Bozonu'nun kütlesini veren denklem olduğunu söylüyor. The Independent gazetesine verdiği röportajda şöyle söylüyor:

O bölümde tahtaya yazılan denklem, Higgs bozonunun kütlesini yaklaşık olarak vermektedir. Eğer denklemi çözecek olursanız, elde ettiğiniz sayı, Higgs bozonunun aşırı küçük olan kütlesinden büyük çıkmaktadır. Homer'ın bilim insanlarının Higgs Bozonu'nun kütlesini hesaplamasından 14 sene önce bunu tahmin etmesi oldukça etkileyicidir.

Simpsonlar'ın yaratıcısı olan Al Jean, matematik bölümü mezunu. Fakat bu denklemin bölüme girmesinden asıl sorumlu olan kişi, bölüm yazarlarından biri olan, 16 yaşındayken Harvard Üniversitesi'ne kabul almış olan, matematik ve fizik bölümü mezunu olan David X. Cohen.

Cohen, çalıştığı tüm dizilere matematik gizlemesiyle tanınan bir sanatçı ve bilim insanı. Bu denklemi ekleyebilmek için dönemin Columbia Üniversitesi astronomlarından David Schiminovich ile irtibata geçti ve denklemi ondan aldı. Çünkü bu denklem, büyük oranda onun çalışmalarına dayanıyordu. İkili, bu denklemle birazcık oynayarak o zamanlarda Higgs Bozonu'nun kütlesine ait en yakın tahmini yapabilecek şekilde düzenlediler. Dr. Singh açıklamalarına şöyle devam ediyor:

Bu denklem, Planck sabiti, kütleçekim sabiti ve ışık hızı gibi bazı parametrelerin oynanmasıyla ortaya çıkmış eğlenceli bir denklemdir. Eğer bu sayıların değerlerine bakar ve yerlerine yerleştirirseniz, bozonun kütlesini 775 GeV olarak verdiğini görebilirsiniz. Ancak 2012'deki keşif sayesinde biliyoruz ki bu değer, gerçek değer olan 125 GeV'tan makul kabul edilebilecek miktarda büyüktür.

Normalde Higgs Bozonu'nun kütlesi, Homer'ın tahtaya yazdığı denklemle hesaplanmamaktadır. Bunun teorik arka planı çok ama çok daha karmaşıktır ve burada izah etmemiz mümkün değildir. Fakat temel düzeyde, buradaki ve buradaki bilgiler incelenebilir. Dolayısıyla Simpsonlar'ın farklı bir denklemle o zamanlarda tahmin edilen sonuçlara göz kırpması oldukça hoştur. 

Ancak bunun isabetsizliği sizi yanıltmasın. Çünkü Homer'ın bu denklemi tahtaya 1998'de yazdığını unutmayın. O dönemlerde Higgs Bozonu'na dair tüm bilgilerimiz oldukça teorikti ve birçok farklı olasılık üzerinde duruluyordu. Böyle bir bozonun var olabileceğini kabul bile etmeyen çok sayıda bilim insanı bulunuyordu. Dr. Singh şöyle söylüyor:

Aslına bakarsanız, Homer'ın amatör bir mucit olduğunu ve CERN'de yapılan deneyden 14 sene önce bu sonucu bulabildiği düşünülecek olursa, 775 GeV hiç de kötü bir tahmin değil.

Higgs Bozonu'nun Kütlesi O Zamanlarda Bilinmiyor Muydu?

Peki Higgs Bozonu'nun kütlesi zaten teorik olarak bilinmiyor muydu? Hayır, teknik olarak bilinmiyordu. Standart Model dahilindeki Higgs Mekanizması, Higgs Bozonu'nun kütlesini tahmin edemiyordu; sadece belli bir aralık verebiliyordu. Dönemin bilim insanları, farklı yaklaşımlarına bağlı olarak bulunması gerektiği teorik olarak Peter Higgs tarafından gösterilmiş bu bozonun olası enerji seviyelerine yönelik birden fazla tahmin vardı. Neyse ki, kütlesi her ne olursa olsun buna bağlı olarak eşsiz bir ize sahip olacaktı ve CERN, bunu yakalayabileceğini umuyordu (ki başardılar da). 

Higgs Bozonu gibi kritik bir parçacık için enerji değerinin ne olduğu aşırı önemlidir. Zira bu spektrumun hangi tarafında kaldığına bağlı olarak, Evren'in dokusuyla ilgili bildiklerimiz kökünden değişebilir. 2012'de yapılan CERN deneyleri sayesinde Higgs Bozonu'nun iki ucun tam arasında, 125 GeV'ta yer alan bir kütleye sahip olduğu anlaşıldı. Bunun ne anlama geldiği halen tartışılan ve araştırılan bir konu, dolayısıyla oraya girmeyeceğiz.

Homer, Higgs Bozonu'nun Enerjisini Neden Çok Yüksek Tahmin Etti?

Bunun en temel nedeni, denklemi bölüme eklemek için danışılan David Schiminovich'in tahmin aralığıdır. 1990'ların sonunda Higgs Bozonu'nun enerji seviyesine yönelik çok farklı tahminler vardı. Yalnızca 2011'den sonra tahmin aralıkları 100-145 GeV arasında olacak şekilde sınırlanmıştır. 2008'de CERN'de Higgs Bozonu'nu (ve diğer çok sayıda parçacığı) tespit eden Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın çalışmaya başlamasından önce bu tahmin aralığı çok ama çok daha genişti. 

Denklem Neden Farklı Sonuç Veriyor ve Nasıl Düzeltilebilir?

Homer'ın kullandığı (1/137)8 katsayısı elektromanyetik çiftlenme katsayısıdır. Böylesi temel bir fizik formülünde bulunması çok normaldir ve isabetlidir; bu nedenle eklenmiş olmalıdır. Ancak denklemi bu şekilde yazdığımızda, Higgs Bozonu'nun düşük enerjili bir bozon olduğu varsayılmaktadır. Bu doğru değildir; 125 GeV ile oldukça güçlü bir bozon olduğunu biliyoruz. Dolayısıyla bu katsayı, (1/128)8 olacak şekilde değiştirilmelidir (yüksek enerjili bozonlar için). Fakat bu durumda da 1335 GeV gibi uç bir sonuç çıkmaktadır.

Eğer ki illa buna yakın bir denklemle sonuca gidilmek isteniyorsa ve yine de mantıklı gözüken bir denklem aranıyorsa, denklem şöyle düzeltilmelidir:

Bu haliyle denklem, 170 GeV verecektir ki bu, Homer'ın orijinal tahminine göre gerçeğe çok daha yakındır. Ayrıca, Higgs bozonunun özelliklerini daha isabetli olarak karşılamaktadır.

Higgs bozonu, cisimlere kütlesini veren parçacıktır. Bir nevi, Higgs bozonunun varlığı, diğer bütün cisimlerin varlığını anlamlı ve fiziksel olarak açıklanabilir kılmaktadır. Bu nedenle varlığının ispatı çok önemliydi ve CERN'deki araştırmalar sayesinde bunun ispatı yapılabildi.