Nötrino Nedir? Görünmez Bir Parçacık Olan Nötrino Araştırmaları, Neden Birçok Nobel Ödülüne Layık Görüldüler?

Nötrino Nedir? Görünmez Bir Parçacık Olan Nötrino Araştırmaları, Neden Birçok Nobel Ödülüne Layık Görüldüler?
Japonya'nın Süper-Kamiokande detektörü
EarthSky
Yazar John Beacom Çağrı Mert Bakırcı Editör Çağrı Mert Bakırcı  DuruÖzeren 2. Editör Duru Özeren
8 dakika
2,234 Okunma Sayısı
Notlarım
Reklamı Kapat

1988, 1995 ve 2002 Nobel Fizik Ödüllerinin konusu olan nötrinolar, 2015 yılında Takaaki Kajita ve Arthur Mcdonald’ın nötrinoların kütleye sahip olduğunu fark etmeleri ve de “nötrino salınımı” olarak adlandırdığımız, nötrinoların birbirine dönüşebilme özelliklerini keşfetmeleriyle beraber, bir kez daha Nobel ödüllü bir çalışmanın konusu oldu. Peki fizikçilerin onlarca yıl araştırdıkları, neredeyse kütlesiz ve görünmez olan bu temel parçacıklar neden 4 kere ödüle layık görüldüler? Bu parçacıklar neden bu kadar önemli? Bu soruların cevaplamadan önce ilk atomun yapısını ve parçacıkların nasıl keşfedildiğini inceleyelim.

Atomun yunanca karşılığı her ne kadar “bölünemez” anlamına gelse de, atomlar aslında temel parçacıklar değillerdir. Eğer başka bir şekilde söylemek gerekirse atomlar, bölünebilirler. Atom, elektron bulutlarıyla çevrelenmiş yoğun ve küçük bir çekirdekten oluşan bir yapıdır. Çekirdeği, proton ve nötronlardan oluşur ve onlarda temel parçacık olarak saydığımız yukarı ve aşağı kuarklardan meydana gelirler.

Atom Altı Parçacıkları
Atom Altı Parçacıkları
Wikiwand

Parçacık çarpıştırıcıları, parçacıkların ışık hızına yakın hızlara ulaşmasını sağlayarak ve birbirleri ile çarpıştırarak bilim adamlarının yeni temel parçacıklar keşfedilebilmesinde yardımcı olur. Albert Einstein’ın ünlü denklemi E=mc2E = mc^2, durağan kütle ile kullanılabilir enerji arasındaki bağıntıyı gösterir. Kullanılabilir enerji, çarpışan parçacıkların sahip oldukları kinetik enerjileriyle yeni parçacık oluşumunda kullanabilecekleri enerjiyi gösterir. Hızlanan parçacık demetlerinin enerjileri ne kadar fazla olursa, bilim insanları karmaşık yapıyı o kadar fazla inceden inceye ayrıştırabilir.

Bilim insanları henüz elektronları ve kuarkları ayrıştırabilmiş değiller. Bu sebeple bu iki parçacığı "temel parçacık" olarak kabul etmekteyiz. Elektronlar ve kuarklar evrenin lego parçaları gibidirler; sıradan maddenin esas bileşenlerini oluştururlar. İlginçtir ki çarpışmalar sonucu yapılan analizlerde var olan ve bildiğimiz parçacıkların, daha ağır ve saniyeden de daha kısa süre var olan kuzenleri olarak kabul ettiğimiz parçacıklar da bulunmakta. Ama tabii ki bu parçacıklar çok kısa bir süre var oldukları için sıradan maddenin yapısında bulunmazlar. Bahsettiğimiz kuzen parçacıklarından örnek vermemiz gerekirse elektronların kuzen parçacığı dediğimiz iki tane kuzeni bulunur. Bunlar: müon ve taudur.[1]

Reklamı Kapat

Nötrino Nedir?

Nötrinolara temel parçacık denmesinin sebebi, büyüklüklerinin neredeyse bir nokta kadar olması ve hiçbir şekilde bölünememeleridir. Yani "yarım nötrino" diye adlandırılan bir şeyi asla duyamazsınız. Nötrinoların diğer temel parçacıklara kıyasla kendilerine has özellikleri vardır. Bunlar: neredeyse kütlesiz olmaları ve hemen hemen hiç etkileşime girmemeleridir.

Nötrinoların kütlesinin yok denecek kadar az olmasının sebebi henüz bilinmemesine rağmen neden etkileşime hiç yaklaşmadıkları hakkında bir fikrimiz var: Nötrinolar elektromanyetik kuvvetten ve güçlü kuvvet olarak adlandırdığımız çekirdeği bir arada tutan kuvvetten hiç etkilenmezler. Sadece, yerinde bir isimle, zayıf kuvvetten etkilenirler (bir de tabii ki kütleçekimi kuvvetinden etkilenirler; ancak bu etkileşim çok azdır, çünkü hem kütleçekimi kuvveti dört temel kuvvet arasında en zayıf olanıdır hem de nötrinoların kütlesi çok azdır).

Her ne kadar nötrinolar sıradan maddenin bileşenlerini oluşturmasalar da çevremizdeki her bölgede bulunuyorlar. Her santimetre küplük alanın içinde Büyük Patlama'dan arta kalan yüzlerce nötrino bulunmaktadır ve her saniye Güneş'ten çıkıp gözümüze ulaşan ışınlarda trilyonlarca nötrino bulunmaktadır.

Nötrinoların diğer bir ilginç özellikleri de üç farklı çeşidinin ("tadının") olması ve bu çeşitlerin ("tatların") birbirlerine dönüşebilmesidir. Bu çeşitler ("tatlar"); müon, elektron ve tau nötrinoları olarak isimlendirilmişlerdir. Üçü de üç tane yüklü parçacığın eşlerine karşılık gelmektedir ve her biri ağır kuzenlerinin aksine stabil ve yüksüzdürler.[1]

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Müon, tau ve elektron nötrinoları neredeyse birbirlerinin aynısıdır ve bu da farklı nötrino çeşitlerin birbirlerine dönüşebileceği gibi teorik bir ihtimali doğurmuştur. Bu dönüşüm, üç özellik gerektirir:

  • Nötrinoların kütlesinin sıfır olmaması,
  • farklı türlerinin aynı zamanda farklı kütleleri olması ve son olarak,
  • belirli bir nötrino türünün kuantum kombinasyonun belirli bir nötrino kütlesi olması (buna "nötrino salınımı" denir)

On yıllardır fizikçiler bu koşullarla karşılaşılamayacağını düşündüler; ancak nötrino fizikçilerinin bu konuda ümitleri hep vardı.

2015 Nobel fizik Ödülü'ne Layık Görülen Deneyler

Nötrinoların matematiksel hesaplamalarla tahmin edilen miktarı ile Dünya’ya ulaşan sayıları arasında önemli miktarda eksiklikler vardı.

1998'de Süper-Kamiokande Deneyi (İng: "Super-Kamikoande Experiment") ile Japonya’da çok önemli bir duyuru yapıldı: Müon nötrinoları, Dünya’nın atmosferinde farklı bir tür nötrinoya dönüşüyordu (şu anda bunun tau nötrinosu olduğu düşünülüyor).[1] Eldeki kanıtlara göre bu dönüşüm, sadece Dünya’ya uzun yol kat ederek gelen nötrinolarda gözlemleniyor, Dünya’ya kısa yollarla ulaşan nötrinolarda değil ve nötrino akışının Dünya’nın her bölgesinde hemen hemen aynı olması sebebiyle bu durum, bilim insanlarının “öncesinde” ve “sonrasında” ölçüm yapabilmelerine olanak sağlıyor.

Reklamı Kapat

2001 ve 2002 yıllarında Kanada’da bulunan Sudbury Nötrino Gözlemevi (İng: "Sudbury Neutrino Observatory") güçlü kanıtlarla birlikte Güneş’in çekirdeğinde üretilen elektron nötrinoların Dünya’ya gelirken kaybolmadıklarını gözlemevinde başka bir nötrino türü şeklinde tekrar oluştuklarını fark ettiler (şu an müon ve tau nötrinoları türleri şeklinde ortaya çıktığı düşünülüyor).[2], [3]

Sudbury Nötrino Gözlemevinin Alttan Görünüşü
Sudbury Nötrino Gözlemevinin Alttan Görünüşü
Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory

Takaaki Kajita ve Arthur Mcdonald’ın ayrı ayrı yürüttükleri bu iki deney, ikisinin de Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülmesini sağladı; çünkü eskiden nötrinolar kütlesiz parçacıklar olarak kabul edilirlerken, onlar bu görüşün doğru olmadığını ve nötrinoların aslında bir kütleye sahip olduklarını, aynı zamanda da matematiksel olarak öngörülen nötrino miktarının eksikliğinin teorik olarak hesaplanan miktarın yarısı olduğunu keşfettiler.

Bu iki deneyde de normalde mikroskobik boyutlarda gözlemlenebilen kuantum mekaniği etkileri astronomik boyutlarda da gözlemlenebilmiş oldu. Yapılan ilk çalışmadan sonra 1998 New York Times gazetesi kapağında şu başlıkla yayınlandı: “Anlaşılmaz Parçacıkta Kütle Bulundu, Evren Asla Eskisi Gibi Olmayacak!”[4]

Nötrino Salınımı olarak adlandırdığımız nötrinonun tür değiştirebilme özelliği gösteriyor ki bu görünmez parçacıkların kendilerine ait bir kütleleri var ve her türde bu farklılık gösteriyor. Her ne kadar bilim insanları kütlelerin değerleri hakkında kesin bir bilgiye sahip olmasalar da elektronun kütlesinin yaklaşık olarak milyonda biri veya daha küçük olduğu düşünülüyor.

Reklamı Kapat

Bu, sadece bir gazete başlığıydı. Hikayenin geri kalanı şu: Farklı nötrino türleri arasındaki karışım gerçekten de çok büyük farklara sahip. Tahminler yanıldığında, işlerin çok ters gittiğini düşünebilirsiniz; örneğin nötrino tatlarının değişimini asla gözleyemeyebilirdik; ancak bu tür bir başarısızlık iyidir, çünkü yeni bir şey öğrenmemizi sağladı.

Ohio Eyalet Üniversitesinde fizik profesörü John Beacom, arkadaşlarının çalışmalarının takdir görmesinden çok mutlu olduğunu ve bu alanda çalışan başka kilit isimlerinde onlar gibi fark edilmesini dilediğini söylüyor ve ek olarak, nötrinoların önemini şöyle anlatıyor:

20 yıl önce nötrinolarla ilgili ilk çalışmaya başladığım zamanlar bir sürü insan, hatta öne çıkan bilim insanları da dahil, bana vaktimi boşa harcadığımı söylediler. İlerleyen dönemlerde başka bir şey hakkında çalışmam için ısrar ettiler; çünkü nötrinolarla ilgili çalışan insanlar iş bulamıyorlardı. Şu an bile bir sürü fizikçi ve astronom bizim hayali bir şeyi kovaladığımızı düşünüyorlar ama yanılıyorlar.

Nötrinolar gerçek. Hatta kütlenin oluşumunu açıklığa kavuşturabilmemizde, parçacık ve anti parçacık asimetrisinde ve belki diğer parçacıklarda ölçülemeyecek kadar güçsüz yeni kuvvetlerin oluşumunda önemli bir yere sahipler. Bunların dışında astronomide de örneğin en yüksek enerjili hızlandırıcıların açıklamasında, yoğun yıldızların içinde ne olduğu hakkında ve belki yeni ve görülmemiş astrofiziksel objelerde önemli bir yere sahipler.

Küçük Parçacıklar, Büyük Gizem!

Nötrinoların deneyimlediği zayıf kuvvet; protonu nötrona çeviren, Güneş'te ve diğer yıldızlarda nükleer füzyon reaksiyonlarının gerçekleşmesini ve de elementlerin oluşumunu sağlayan kuvvetin ta kendisi. Gerçekleştirdiği bu olaylar ışığında da “yaşamın” oluşmasını mümkün kılan kuvvet de diyebiliriz. Eğer nötrinoların kütlesi çok daha fazla olsaydı, evren çok daha farklı olurdu ve büyük olasılıkla biz bunu göremezdik. Nötrinolar karanlık maddenin anlayabildiğimiz tek bileşeni. Geri kalanları da anlamak, evrenin yapısını ve oluşumunu kavrayabilmemizde bize yardımcı olacak. John Beacom nötrinolarla ilgili düşüncelerini şu sözlerle bitiriyor:

Nötrino fiziği ve astrofizik meslekler arasında en zor olanlarından iki örnek ve çok hassas detektörlere ve teknolojiye ihtiyaç duyan iki meslek. Ama bu aletler sadece astrofizikçiler ve nötrino fizikçileri tarafından kullanılmıyor. Örneğin nötrino detektörü kullanılarak sözde bir nükleer reaktör aktif mi, güç seviyesi ne kadar ve hatta plütonyum üretiyor mu; bunları söyleyebiliriz. Böyle bakıldığında bu detektörlerin gerçek hayatta da uygulanabilirliği var.

Son on yıldır nötrino fiziği ve astronomi her ne kadar iyi olmasına rağmen en heyecanlandırıcı olaylar yeni gerçekleşti. Güney Kutbunda bulunan IceCube Nötrino Gözlemevi artık galaksimizin dışındaki yüksek enerjili nötrinoları gözlemleyebiliyor. Benim ve Mark Vagins’ın önerisiyle Super-Kamiokande nötrinolara kıyasla anti-nötrinolara olan hassasiyeti daha fazla geliştirecek bir plan yaptıklarını duyurdular. Uluslararası toplum, büyük ve yeni nötrino tesisleri kurulmasını ve güçlü nötrino demetleri İllinois’daki Fermilab’den Güney Dakota Homestake’deki yeraltı madenlerine gönderilecek.

Okundu Olarak İşaretle
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Tebrikler! 11
  • Muhteşem! 5
  • Bilim Budur! 4
  • İnanılmaz 2
  • Umut Verici! 2
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • Merak Uyandırıcı! 1
  • Grrr... *@$# 1
  • Güldürdü 0
  • Üzücü! 0
  • İğrenç! 0
  • Korkutucu! 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: EarthSky | Arşiv Bağlantısı

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 09/05/2021 16:51:28 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/9745

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Reklamı Kapat
Güncel
Karma
Agora
Biyografi
Karar
Periyodik Tablo
Demir
Olasılık
Balık Çeşitliliği
Diş Gelişimi
Köpekbalığı
Ses
Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması (Cmb)
Sosyal Mesafelendirme
Malzeme
Bitkiler
Felsefe
Koaservat
Ahlak
Bilgi Felsefesi
Böcek Bilimi
Evrim Ağacı Duyurusu
Moleküler Biyoloji
Kanser
Tarım
Dil
Endokrin Sistemi
Davranış
Daha Fazla İçerik Göster
Daha Fazla İçerik Göster
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
Geri Bildirim Gönder
Reklamsız Deneyim

Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.

Kreosus

Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.

Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.

Patreon

Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.

Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.

YouTube

YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.

Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.

Diğer Platformlar

Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.

Giriş yapmayı unutmayın!

Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.

Destek Ol
Sizi Takip Ediyor

Devamını Oku
Evrim Ağacı Uygulamasını
İndir
Chromium Tabanlı Mobil Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
İlk birkaç girişinizde zaten tarayıcınız size uygulamamızı indirmeyi önerecek. Önerideki tuşa tıklayarak uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu öneriyi, yukarıdaki videoda görebilirsiniz. Eğer bu öneri artık gözükmüyorsa, Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Chromium Tabanlı Masaüstü Tarayıcılar (Chrome, Edge, Brave vb.)
Yeni uygulamamızı kurmak için tarayıcı çubuğundaki kurulum tuşuna tıklayın. "Yükle" (Install) tuşuna basarak kurulumu tamamlayın. Dilerseniz, Evrim Ağacı İleri Web Uygulaması'nı görev çubuğunuza sabitleyin. Uygulama logosuna sağ tıklayıp, "Görev Çubuğuna Sabitle" seçeneğine tıklayabilirsiniz. Eğer bu seçenek gözükmüyorsa, tarayıcının Ayarlar/Seçenekler (⋮) ikonuna tıklayıp, Uygulamayı Yükle seçeneğini kullanabilirsiniz.
Safari Mobil Uygulama
Sırasıyla Paylaş -> Ana Ekrana Ekle -> Ekle tuşlarına basarak yeni mobil uygulamamızı kurabilirsiniz. Bu basamakları görmek için yukarıdaki videoyu izleyebilirsiniz.

Daha fazla bilgi almak için tıklayın