Gravitino Nedir?

Astrofizikçiler, son 80 yıldır, Evren'in karanlık madde adı verilen bilinmeyen bir maddeyle kaplı olduğunu biliyorlardı. Artık bu maddenin gizemi çözülüyor olabilir.

Oslo Üniversitesi Fizik Bölümü araştırmacılarından Doç. Dr. Ave Raklev, Apollon dergisine verdiği röportajda şöyle bir betimleme yapıyor:

Karanlık maddeyi açıklamak için elimizde olan parçacık ahırımıza yeni bir üye katmaya çalışıyoruz. Bunun çok egzotik bir canavar olduğunu biliyoruz. Ve sonunda mantıklı bir açıklama yapmış olabiliriz.

Üniversitenin en parlak astroparçacık fizikçilerinden olan Raklev, görünmez olan bu parçacıkların deneysel olarak nasıl gözlenebileceğine dair bir model geliştirdi.

Her ne kadar karanlık madde görünmez olsa da, astrofizikçiler onun var olduğunu biliyorlar. Karanlık madde olmaksızın, günümüzde var olan, görülebilir maddelerin uzayda asılı durmalarını açıklamak imkansız olmaktadır.

80 Yıllık Mücadele

Dünyaca ünlü İsviçreli fizikçi Fritz Zwicky, daha 1930'lu yıllarda karanlık maddenin neye benzediğine dair spekülasyonlar geliştirmekteydi. Ondan sonra gelen astrofizikçiler, Evren'in %80 civarının karanlık, görünmez bir maddeden oluştuğunu hesapladılar. Kütleçekimi sayesinde bu karanlık madde de, normal maddeler gibi birbirine yapışık kalabiliyor.

Aynı zamanda karanlık madde, yıldızların günümüzde gözlediğimiz hareketlerini nasıl yaptıklarını da açıklıyor. Galaksilerin kendi etraflarında dönme hızını da tam olarak açıklayabiliyor. Bu yüzden çok başarılı bir teori olarak görülüyor. Raklev, konuyla ilgili şunları söylüyor:

Her ne kadar evrende ne kadar karanlık madde olduğunu biliyor olsak da, karanlık maddenin ne olduğuna dair çok az bilgimiz var. Karanlık madde içerisindeki parçacıklar ya çok ağır olmalı ya da sayıca çok fazla olmalılar. Nötrinolar, karanlık maddenin tüm gerekliliklerini yerine getiriyorlar. Fakat bir sorun var: gerekenden çok daha düşük kütleye sahipler.

Are Raklev, şu anda karanlık maddenin gravitino isimli parçacıklardan oluştuğunu ispatlamaya çalışıyor. Bu, yıllardan beri haksız bir şekilde davranılan bir parçacık türü. 

Peki bu gravitinolar tam olarak nedir? Sıkı tutunun: gravitinolar, gravitonların süpersimetrik eşi. Daha net anlatmak gerekirse:

Gravitino da, -şimdilik- varsayımsal bir parçacık olan gravitonun varsayımsal süpersimetrik eşi, dolayısıyla bundan daha varsayımsal bir parçacığı hayal etmek bile mümkün değil."

Tüm bunları anlayabilmek için, birkaç adım geri atmak gerekiyor:

Adım 1: Süpersimetri

Fizikçiler, doğanın süpersimetrik olup olmadığını anlamak istiyorlar. Süpersimetri, madde ile kuvvetler arasındaki simetri demektir. Her bir elektron ve kuarka karşılık gelen daha ağır ve süpersimetrik bir parçacık bulunmaktadır. Süpersimetrik parçacıklar, Büyük Patlama'dan hemen sonraki anda var olmuşlardır. Eğer bunlardan bir kısmı bugüne kadar varlığını koruduysa, karanlık madde de bunlardan oluşuyor olabilir.

Apollon dergisinin de aktardığı gibi, bir gravitinonun süpersimetrik eşi gravitondur.

Tıpkı bir fotonun, yani bir ışık parçacığının, elektromanyetik kuvveti taşıması gibi, graviton da kütleçekimi kuvvetini taşımakta olduğunu düşünüyoruz. Gravitonların hiç kütlesi olmamasına rağmen, gravitinonun çok ciddi bir kütlesi bulunmalıdır. Eğer doğa süpersimetrikse ve gravitonlar varsa, gravitinolar da olmalıdır. Bunun tam tersi de geçerlidir. Bu, saf matematiktir.

Fakat burada ufak bir "ama" var. Fizikçiler, doğanın tüm kuvvetlerini bir arada toplayamadıkça, gravitinolar ve gravitonlar arasındaki ilişkiyi gösteremiyorlar. 

Adım 2: Doğanın Kuvvetleri

Fizikçilerin çok uzun zamandan beridir yapmaya çalıştıkları bir şey, doğadaki bütün kuvvetleri tek bir teori altında açıklayabilmektir. Geçen yüzyılın ortalarında, fizikçiler elektrik ve manyetizmanın aynı doğanın tek bir kuvvetlerinin farklı parçaları olduğunu fark ettiler. O zamandan beri bu kuvvete "elektromanyetizma" deniyor. Doğanın diğer iki kuvveti "güçlü nükleer kuvvet" ve "zayıf nükleer kuvvet". Zayıf nükleer kuvvet, cisimlerin içerisinde, radyoaktivite olarak görülebilir. Güçlü nükleer kuvvet ise bundan on milyar kat daha güçlüdür ve nötronlar ile protonları birbirine bağlar.

1970lerde güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet, standart model adı verilen bir kuram altında elektromanyetizma ile birleştirildi. 

Doğanın dördüncü kuvveti ise kütleçekimidir. Her ne kadar merdivenden düşmek inanılmaz acı verici olsa da, esasında kütleçekimi en zayıf kuvvettir. 

Problem şu ki; bilim insanları henüz kütleçekimini diğer kuvvetlerle birleştiren bir teori geliştiremediler. Fizikçilerin bunu başardığı gün, doğayı eşsiz bir biçimde anlamayı başaracağız. Parçacıklar arasında hayal edilebilecek her türlü etkileşimi açıklayabilmeye başlayacağız. Fizikçiler buna her şeyin teorisi adını vermektedirler.

Kütleçekim kuvvetini diğer kuvvetlerle birleştirebilmek için, kütleçekimini kuantum teorisi altında anlamamız gerekmektedir. Bu da, atom çekirdeği içerisinde graviton parçacığını barındıran bir teori geliştirmemizi gerektirmektedir.

Araştırmacılar şimdi hem süpersimetrinin, hem de her şeyin teorisinin izlerini arıyorlar. Bu yolda gravitonun keşfi inanılmaz büyük bir adım olacaktır.

Karanlık Madde Ortaya Çıkıyor!

Okurlarımızın anlayabileceği üzere karanlık maddeyi çalışmak gerçekten çok zordur. Bildiğimiz dünyevi parçacıkların hiçbiriyle elektromanyetik bir etkileşime girmemektedir. Karanlık maddenin bir örneği, daha önceden bahsettiğimiz nötrinodur. Ne yazık ki nötrinolar, karanlık maddenin önemsenmeyecek kadar küçük bir kısmını oluşturmaktadırlar.

Her ne kadar karanlık maddeyi gözlemek henüz imkansız olsa da, birkaç milyar nötrino her saniye vücudunuzu delip geçmektedir. Ancak hızları bir şekilde sınırlıdır. Bu parçacıklar, güneş sistemimizin galaksimiz içerisindeki hareketiyle aynı hızda hareket ederler. Bu da, saniyede 400 kilometrelik bir hıza eşdeğerdir.

Diğer parçacıklarla elektromanyetik etkileşime girmemelerinden ötürü bu parçacıklar vücudumuzdan hiçbir ölçüm aracıyla fark edilemeyecek bir şekilde geçip giderler. İşte burada süpersimetri devreye girmektedir. Eğer süpersimetri doğruysa, fizikçiler evrende neden karanlık maddenin var olduğunu açıklayabileceklerdir. İşte bu da benim mesleğimin eğlenceli tarafı.

Bunları diyerek gülen Raklev, gravitinolarla ilgili konuya dönüyor:

Süpersimetri her şeyi basitleştiriyor. Eğer her şeyin teorisi gerçekse, bir diğer deyişle eğer doğanın dört kuvvetini birbirine bağlamak mümkünse, o zaman gravitinolar var olmak zorundadır.

Gravitinoların Büyük Patlama'dan hemen sonra var olmalarıyla ilgili olaraksa şunları söylüyor:

Büyük Patlama'dan sonra, patlamanın etkisiyle bir parçacık çorbası oluştu. Güçlü nükleer kuvvetin sorumlusu olan gluon isimli parçacıklar diğer gluonlarla çarpışarak gravitinoları yarattı. Bu yüzden Büyük Patlama'dan sonra çok sayıda gravitino var oldu. Bu evrede, Evren halen plazma fazındaydı. Dolayısıyla gravitinoların neden var olduğuıyla ilgili bir açıklamamız var.

Değişen Ömür

Fizikçiler bugüne kadar gravitinoları bir problem olarak görmekteydi. Süpersimetrinin işe yaramadığını, çünkü çok fazla sayıda gravitino olduğunu düşünmekteydiler.

Bu sebeple fizikçiler, gravitinoları modellerinden atmak zorunda kaldılar. Öte yandan biz ise, süpersimetri modelini karanlık madde modeliyle birleştiren ama buna gravitinoları da dahil eden bir açıklama bulduk. Eğer karanlık madde dengeli değilse ancak çok uzun ömürlüyse, karanlık maddenin nasıl gravitinoları barındırdığı da açıklanabilir.

Eski modellerde karanlık madde hep sonsuz ömürlü olarak düşünülmekteydi. Bu yüzden gravitinolar süpersimetri modelinin hep rahatsızlık verici bir parçası olmaktaydı. Raklev'in yeni modelinde artık ömürleri sonsuz değil. Buna rağmen gravitinoların ömrüleri halen çok uzun, öyle ki evrenin ömründen bile uzun.

Ancak sonsuz bir ömür ile 15 milyar yıldan uzun bir ömür arasında çok ciddi farklılıklar var. Sınırlı ömre sahip olan gravitinolar, diğer parçacıklara dönüştürülebilir olmak zorundalar. İşte bu dönüşüm etkisi ise ölçülebilirdir. Ve bu dönüşüm, modeli açıklamaktadır.

Agora Bilim Pazarı

Evrimsel Biyoloji Editörün Seçimi Seti

Devamını Göster

₺500.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

Karanlık maddenin çoğunun gravitinolardan oluştuğunu düşünüyoruz. Açıklama, çok ağır bir matematik içerisinde yatıyor. Bu özel teorilerin sonuçlarını hesaplayan özel modeller geliştiriyoruz ve bu parçacıkların deneylerde nasıl gözlenebileceğini tahmin ediyoruz.

Ölçümler Yolda

Araştırmacılar şu anda İsviçre Cenevre'de bulunan CERN deneylerinde bu parçacıkların neden görülmediğini açıklamaya ve yeni deneyler geliştirmeye çalışıyorlar. 

Diğer yandan, bunları bir uzay probu ile gözlemek teorik olarak mümkün.

Gravitinoları gözlemenin en kolay yolu, evrende parçacıkların birbirleriyle çarpıştıklarında ve foton veya antimadde gibi parçacıklar ürettiklerinde olanları gözlemek. Her ne kadar bu çarpışmalar çok nadir olsa da, evrende o kadar çok miktarda karanlık madde var ki, bu çarpışmaların sonucunda ciddi miktarda foton elde edilebilir.

Büyük bir sorun var: gravitonlar birbiriyle çarpışmıyorlar.

En azından bu o kadar nadir oluyor ki, onları gözlemeyi umamıyoruz bile.

Yine de Umut Var!

Şanslıyız ki gravitinolar yüzde yüz kararlı değiller. Bir noktadan sonra başka bir şeye dönüşüyorlar. Biz de bu dönüşüm sonrasında oluşan sinyallere bakarak tahminlerde bulunabiliriz. Dönüşüm, küçük bir elektromanyetik dalga gönderecektir. Buna, gama ışını da denir.

NASA'nın Fermi-LAT uzay probu şu anda gama ışınlarını ölçmektedir. Küçük bir araştırma grubu, şu anda verileri analiz etmektedir. 

Şimdiye kadar sadece gürültü gördük. Fakat bir grup araştırmacı, galaksimizin merkezinden gelen bir gama ışını fazlalılığı tespit ettiklerini iddia ediyorlar. Gözlemleri, modellerimize uyabilir.