Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) Geri Dönüyor: Bu Defa Evren'e Dair Daha Fazlası İçin!

Mart 2015'in son haftası, 2012 yılında Higgs Bozonu'nu keşfinin yapılmasından sonraki 2 senelik tatil sonrasında Büyük Hadron Çarpıştırıcı'nın (LHC) yeniden çalıştırılacağı tarih olarak tarihe geçecek! Fransa'yla İsviçre arasında, 27 kilometreden uzun bir yeraltı tüneli olan LHC'nin çalışması, bazı güncellemeler ve geliştirmeler yapmak amacıyla Şubat 2013'te durdurulmuştu. Şimdiyse fizikçiler, fiziğin sınırlarını zorlamak amacıyla bu dev canavarı tekrardan uyandırmaya hazırlanıyor. Bu yazımızda konuyla ilgili birçok soruya tek tek cevap vermeye çalışacağız. Dolayısıyla sadece bir "uyuyan devin uyanması" yazısı değil, aynı zamanda bu müthiş proje ve aradıkları hakkında genel bir bilgilendirme olacak. Hazırsanız, başlayalım:

1) Dur hele dur! Büyük Hadron Çarpıştırıcısı da ne?

9 milyar dolara mal olarak 2008 yılında CERN (Avrupa Çekirdek Fiziği Araştırmaları Organizasyonu) tarafından tamamlanan LHC, Dünya'nın en büyük parçacık hızlandırıcısıdır. Bu hızlandırıcı, son derece uzun bir tüneldir ve bu tünel kullanılarak oldukça derin ve çılgın fizik deneyleri yapılabilmektedir.

Özüne bakacak olursanız yapılan şey, bir halka şeklinde birbirine bağlanan bu tünellerin içerisindeki devasa mıknatısları kullanarak, proton ve elektron gibi parçacıkları ışık hızının %99.9999'una kadar hızlandırmaktır. Bu hıza ulaşan parçacıklar, 27 kilometrelik tüneli her saniyede 11.000 defa turlayabilirler! Bu hızdayken, farklı yönlere doğru dönen iki parçacık birbirine çarpıştırılır. Karmakarışık ve son derece gelişmiş olan sensörler sayesinde, bu parçacıkların çarpışmasından doğan ürünler ve sonuçlar tespit edilir ve kaydedilir. Sonrasında bu veriler, süperbilgisayarlar ve insanlar tarafından işlenerek anlamlandırılırlar.

2) İyi de bilim insanları ne diye parçacıkları birbirine çarpıştırıyor ki?

Bu çarpışmalar, aşırı yüksek enerjilerde meydana geliyor. Bu kadar dev enerjilerle birbirine çarpan parçacıklar, oldukça egzotik bir şekilde alt parçacıklara ayrılıyorlar ve son derece ilginç sonuçlar ortaya çıkıyor. Bu pratik deney sonucunda elde edilen sonuçlar, fiziğin Standart Model olarak adlandırdığı teorinin sonuçlarıyla kıyaslanıyor. Elbette, pratik sonuçlar gerçeği daha iyi yansıtmaya meyilli olduğu için, bu deneyler sayesinde teorik yaklaşımlarımızdaki hataları, anomalileri ve eksiklikleri tespit edebiliyoruz. Böylelikle evrenin yapısını oluşturan temel parçacıklara dair anlayışımız katlanarak artıyor. Standart model, maddenin davranışını en iyi şekilde açıklayabilen modern fizik teorisidir. Fizikçilerin bu deneyleri yapmasındaki temel neden de, bu modelin halen tamamlanmamış olmasıdır. LHC deneylerinde görev alan Patrick Koppenburg şöyle söylüyor:

Tahminler yürütmemiz konusunda aşırı derecede verimli bir teori; ancak biz fizikçiler bu teoriyi çok da sevmiyoruz.

Sorun şu ki, bu denklem 4 temel kuvvetten biri olan kütleçekimini içermiyor. Diğer 3 kuvveti (elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet, güçlü nükleer kuvvet) açıklıyor. Ayrıca karanlık madde ve karanlık enerji gibi daha egzotik olguları da barındırmıyor. Daha kötüsü, Evren'in doğuşuyla ilgili teorilerle pek de iyi örtüşmüyor. Koppenburg şöyle özetliyor:

Bir diğer deyişle, Standart Model cisimlerin nasıl davrandığıyla ilgili elimizdeki en iyi açıklama olsa da, bir yerlerde hatalı olmak zorunda. LHC içerisinde parçacıkları sıra dışı şekillerde davranmaya zorlayarak, modelin nerede hatalı olduğunu tespit etmeye çalışıyoruz.

3) Anladım, güzel. Peki ne keşfettiler, işe yaradı mı bu deneyler?

LHC'nin bugüne kadar yaptığı en müthiş keşif, Temmuz 2012'de Higgs Bozonu adı verilen temel bir parçacık oldu. 1960'lardan beri Higgs Bozonu'nun, Higgs Alanı'nın bir parçası olarak var olması gerektiği öngörülüyordu. Higgs Alanı, bütün uzaya yayılmış olan görünmez bir alan, bir dokudur. Bu alan, içerisindeki her cisim üzerine hareketi engelleyici bir kuvvet uygular. Tıpkı normalde yürürken havanın bize bir durdurucu kuvvet uygulaması gibi. Bu çok küçüktür; ancak suda yürümeye çalışırsanız, bu kuvvet artar. İşte Higgs Alanı da böyledir. Tabii ki hem sudan, hem de havadan çok çok daha zayıf bir kuvvet uygular. Ancak bu kuvvet, cisimlerin kütleleri varmış gibi algılamamızın da ana nedenidir. Yani kütle, Higgs Alanı içerisinde hareket etmeye çalışan cisimlerin karşılaştıkları dirençtir diye düşünebilirsiniz.

Ancak Higgs Alanı içerisindeki bu etkileşimin kalbinde yatan Higgs Parçacığı (ya da Higgs Bozonu) bir türlü bulunamıyordu. Öyle ki, bilim insanları bu parçacığa "Lanet Olası Parçacık" (God Damn Particle) adını bile takmışlardı. Sonradan makale editörleri bunun çok sert bir sitem olduğunu düşünerek yazarlardan kullanmamalarını istedi (İngilizcede "damn" sözcüğü, özellikle "god damn" şeklinde kullanıldığında rahatsız edici bir argodur). Bu isim, her ne kadar bilim dışı inançlarla pek bir alakası olmasa da, halk arasında "Tanrı Parçacığı"na (God Particle) çevrildi. Öylesine temel bir parçacık ki, bu isimlendirmenin neden bu formu aldığı oldukça anlaşılırdır. Fakat tabii bu isim, art niyetliler tarafından da bolca suistimal edildi, orası ayrı...

Her neyse, bilim insanları sonunda lanet olası parçacığı 2012 yılında bulmayı başardı. Daha önceden yapılan hesaplamalar, Higgs Parçacığı'nın protonların çarpışması sonrasında oluşur oluşmaz bozunacağını öngörüyordu. Gerçekten de, çarpışma sonrası elde edilen veriler, teoriye son derece uyan bir bozunma oranı gösterdi. Bu keşif muazzam büyük öneme sahiptir, çünkü Higgs Bozonu'nun varlığı, elimizdeki diğer denklemlerin de çok daha anlamlı hale gelmesini sağlamaktadır.

4) Ooo iyiymiş. Peki şimdi niye çalıştırıyorlar? Ne güzel sessiz sakin duruyordu öyle... Çatlatıp patlatıp karadelikler falan yutmasın bizi?

Daha her şey yeni başlıyor aslında... Bugüne kadar LHC'de yapılan bütün deneyler, "birinci aşama" olarak geçiyor. Şimdi, yıllar yılı süren mıknatıs güncellemeleri ve geliştirmeleri sonrası, bilim insanları artık "ikinci aşama"ya geçmeye hazırlar. Parçacıklar, bugüne kadar çarpıştırıldıklarının 2 katına yakın bir enerjiyle çarpıştırılacaklar! Bu daha da güçlü çarpışmalar, bilim insanlarının yeni (ve hatta daha büyük) parçacıklar keşfetmesine olanak tanıyacak. Ayrıca daha farklı koşullar altında Higgs Bozonu'na da daha yakından bakabilecekler. Koppenburg şöyle söylüyor:

Standart model tarafından tahmin edilemeyen şeyleri keşfetmeyi umuyoruz. Mesela bazı parçacıklar o kadar büyük olabilir ki, daha önceki deneylerde üretememişlerdir... Bunları tespit etmek istiyoruz. Ya da modelden daha farklı sapmalar varsa, bunları göreceğiz. Bir olasılık, keşfettiğimiz Higgs Bozonu'nun, daha da büyük bir Higgs Ailesi'nin bir üyesi olabileceği ve daha fazla benzer bozonun bulunabileceğidir.

Eğer doğru veriler elde edilebilirse ve yeni parçacıklar keşfedilebilirse, elimizdeki Evren modelleri daha da geliştirilebilir. Böylece karanlık madde, karanlık enerji, Evren'in doğumu gibi diğer teoriler de birleştirilebilir. Eğer tüm bunlar başarılabilirse, belki de bir gün yepyeni, eksiksiz bir model inşa edilebilir. Bu model, Evren'deki bütün cisimlerin davranışını ve özelliklerini açıklayabilir. Her Şeyin Teorisi olabilir...

Bu deneyde bir kara delik oluşturma ve Dünya'yı yutma durumu elbette ki bulunmuyor. Her LHC konusu açıldığında, safsata kaynakları halkı yanlış yönlendiren haberler yapmak için işe koyuluveriyorlar. İki atom altı parçacığın birbirine çarpışmasıyla bir kara deliğin oluşması mümkün değil. Kara delikler, Güneş'ten daha büyük yıldızların ömürlerinin sonunda çökmesi sonucu oluşabilen gök cisimleri; protonların çarpışması sonucu değil. Protonların çarpışmasıyla "mikro kara delikler" denen yapılar oluşabilir; ancak bunların Dünya'ya (ve hatta deneyin kendisine) zarar vermesi mümkün değil. 

Bu konuda birçok medya kaynağında, birçok asılsız haber duyabilirsiniz. Hepsini tek bir cümleyle cevaplayıp özetleyebiliriz: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın ve içerisinde yapılan deneylerin insanlığa veya gezegene bilinen tek bir tehdit unsuru dahi bulunmuyor. 

5) Vay vay vay vay... Gavur çalışıyor desene... Ee daha büyük daha iyi gibi gözüküyor anlattıklarına göre. LHC'den daha büyük hızlandırıcılar da olacak mı? Patlatalım bir çılgın proje?

Evet, böyle projeler var. Fizikçiler ileride daha da büyük çarpıştırıcılar inşa ederek, daha da yüksek enerjilerde çarpıştırma deneyleri yapmak istiyorlar. Böylece daha da farklı ve yeni parçacıklar keşfedilebilir ve hatta karanlık maddenin doğası anlaşılabilir. Örneğin yukarıda bir örneğini gördüğünüz model, 30 kilometreden uzun olması planlanan Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı isimli bir proje. LHC ve diğer hızlandırıcılardan alışık olduğumuz halkasal yapıda olmak yerine, doğrudan birbirilerine bakan iki doğrusal koldan oluşuyor. 2026 yılında Japonya'da çalışmaya hazır hale getirilmesi umuluyor. 

Bir zamanlar ABD'de de böyle bir çarpıştırıcı yapma projesi vardı. 1989 yılında Kongre tam 6 milyar dolar harcayarak Süperiletkenli Süper Çarpıştırıcı isimli bir projeyi hayata geçirmek için kolları sıvamıştı. 86 kilometreyi aşkın uzunluğa sahip olması planlanan, gerçek anlamıyla bir süperdev çarpıştırıcı olacak olan bu projenin Texas'ın Waxahachie kentinde yer altına yapılması isteniyordu. Ancak 1993 senesinde projenin bütçesi 11 milyar dolara ulaştı. 2 milyar dolar harcanarak 24 kilometrelik bir tünel çoktan açılmış olmasına rağmen, proje Kongre tarafından durduruldu.