Mikro Karadelik Nedir? Mikro Karadelikler Mümkün mü?

İşte karşınızda mikro karadelikler... Diğer bir deyişle, "Kuantum Mekaniksel Kara Delikler"! Burada, isimden de anlaşılacağı gibi, kuantum mekaniksel etkiler önemli rol oynar. Varlıkları bugüne kadar keşfedilememiştir.

Bu tip kuantum mekaniksel kara delik, Evren'in ilk dönemlerinde, yüksek yoğunluklu bir ortamda ilkel olarak oluşmuş olabilir; bunun yanında,daha sonraki faz geçişleri sırasında da oluşmuş olabilir. Bu tip karadelikler, yakın gelecekte astrofizikçiler tarafından, Hawking radyasyonu ile yayılan parçacıkların incelenmesi yoluyla keşfedilebilir.

Ek boyutları içeren bazı teoriler, mikro kara deliklerin, TeV (Tera elektronvolt) yelpazesinde parçacık deneyleri yapabilen, LHC gibi parçacık hızlandırıcılarında oluşabileceğini tahmin ediyor. Hatta o sıralarda "LHC deneyleri Dünya'nın sonunu getirecek" gibi trajikomik popüler endişeler ortaya çıkmıştı. Ancak, bu tip kuantum mekaniksel kara delikler, oluşmalarının hemen ardından, anında, zayıf etkileşimli bir kalıntı bırakarak buharlaşır.

Buradaki ''zayıf etkileşimli kalıntı''dan kasıt, zayıf etkileşimli atom altı parçacıklardır. Bu tip mikro kara delikler, TeV olarak ne kadar yüksek bir aralıkta oluşularsa oluşsunlar; teorik argümanların yanında bizler, milyonlarca yıldır Dünya'yı bombardıman altında tutan kozmik ışınların herhangi bir hasara neden olmadığını fark edebiliriz.

Prensipte bir kara delik, Planck kütlesine (yaklaşık 22 mikrogram; 1mikrogram = 10^-6 gram) eşit veya biraz üzerinde olabilir. Bir kara delik yapmak için, ışık hızının kaçamayacağı kadar bir kütleyi ya da enerjiyi, belli bir bölgeyi etkileyen bir noktaya konsantre etmemiz gerekir. Bu şartlar, "Schwarzschild yarıçapı" dediğimiz olguyu verir; şu şekilde ifade edilebilir:

$R=\genfrac{}{}{0ex}{}{2GM}{c^2}$

Burada, $G$, gravitasyonel sabit; $M$, kara deliğin kütlesi; $c$ ise ışık hızıdır.

Günümüz fizik biliminin bazı uzantıları, uzayın ekstra boyutlarını varsaymaktadır. Daha yüksek boyutsal uzay-zamanda yerçekimi kuvveti, mesafe azaldıkça, üç boyuttakinden daha hızlı bir şekilde artar. Ekstra boyutların bazı özel konfigürasyonlarında, bu etki, TeV aralığına göre, Planck ölçeğinden düşük olabilir. Bu senaryolarda, kara delik üretiminin muhtemelen LHC'de önemli ve gözlemlenebilir bir etkisi olabileceği tartışılıyor. Aynı zamanda, kozmik ışınlarla beraber, olası bir görsel şölen de beklenebilir.

Mikro Karadelikler Mümkün Mü?

Bilinen üç boyutlu kütleçekiminde, bir mikroskopik kara deliğin oluşması için, minimum değeri 10¹⁹ GeV olan enerjinin (CERN'deki hızlandırıcılarda artık kolayca ulaşabiliyoruz) Planck uzunluğunun gerektirdiği bir bölgeye yoğunlaşmış olması gerekir. Bu, mevcut tekenolojimizin sınırlarını fazlasıyla aşar.

Bunun gerektirdiği şartlar hakkında konuşmak gerekirse, parçacıkları yolunda tutabilmek için; yani bunun için gereken manyetik alan şiddetinin sağlanması amacıyla, çapı 1000 ışık yılı olan bir halka hızlandırıcının öncelikli şart olduğunu söyleyebiliriz. Bu hızlandırıcıda da iki parçacığın, Planck uzunluğunun gerektirdiği şekilde çarpıştırılması gerekir.

Kara deliğin isim babası olan John Archibald Wheeler, Dünya'da bulunan su rezervinin tamamı, çok güçlü bir hidrojen bombası kullanarak döteryuma çevrilirse böyle bir kara delik oluşabileceğini hesaplamıştı; fakat Stephen Hawking, O'nun bu hesaplamasına katılmıyor.

Ancak, ekstra boyutları içeren bazı senaryolarda, Planck kütlesinin, TeV aralığı kadar düşük olabileceği öne sürülüyor. CERN'deki LHC (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) deneyi, proton-proton çarpışmaları için 14 TeV; Pb-Pb atomlarının çarpışmaları içinse 1150 TeV öngörülebilir enerjiye sahiptir. Bu koşullar altında kara delik üretimi, LHC'ın önemli ve gözlemlenebilir bir etkisi olabilir ya da LHC, geleceğin daha yüksek enerjili çarpıştırıcısı olabilir.

Bu tür kuantum kara delikler, bu deney düzeneklerinde, parçacık detektörleri aracılığıyla gözlemlenebilecek şekilde bozunacak parçacıklar gerektirir. Physical Review Letters adlı dergide, 17 Mart 2010 tarihinde yayımlanan Choptuik ve Pretorius adlı bilim insanları tarafından yayımlanan makalede, bilgisayar destekli çalışmalardan anlaşıldığı üzere, mikro kara deliklerin oluşması için iki parçacığın, gerekli enerjide çarpıştırılması şarttır; tabii LHC'ın izin verdiği enerjilerde ve ekstra boyutlar mevcutsa.

Atom altı yapıları araştırırken karşılaştığımız ''kutu içinde kutu''lar ünlüdür; atomun çekirdeğinde hadronlar, hadronların içerdiği kuarklar, kuarkları oluşturduğu düşünülen sicimler, vs. Kütleçekimi kuvveti, bu "kutu içinde kutu" dizisine bir sınır koyabilir. Planck enerjisinden daha yüksek enerjisi olan bir parçacık bulunsaydı, kütlesi o kadar yoğun olacaktı ki, kendisini Evren'in geri kalanından ayırıp, küçük bir kara delik oluşturacaktı. Öyle görünüyor ki, biz daha yüksek enerjileri araştırdıkça geliştirilen kuramlar dizisinin bazı sınırları olmalı, yani evrenin nihai bir kuramı olmalı. Ancak Planck enerjisi, bugün laboratuvarlarımızda üretebildiğimiz enerjinin çok çok ötesinde. Parçacık hızlandırıcılarıyla bu aralığı yakın gelecekte kapatamayız.

Ancak evrenin ilk evreleri, böyle enerjilerin ortaya çıktığı etkin alanlardı. Evrenin ilk dönemlerini ve matematiksel tutarlılığının gereklerini araştırmak, bugün yaşayanların bazılarının ömürleri bitmeden tam bir birleşik kurama ulaşmamızı sağlayacaktır, elbette bundan önce kendimizi ''havaya uçurmamışsak''...