Parçacık Fiziğinin Sonuna mı Geldik?

Bilinen evrenin tamamı -en küçük bileşenlerden galaksilerin en büyük kümelerine kadar- düşündüğümüzden daha fazla ortak nokta içeriyor. Çok büyük ölçek farkına rağmen, kozmosun en büyük ölçeklerini yöneten yasalar, en küçük parçacıkları ve etkileşimlerini yöneten yasalarla çok benzer.

Bizler, bu iki ölçek için tamamen farklı şekillerde çalışıyoruz: Çok büyük ölçekler, sadece büyük teleskoplarla ve doğal kozmik laboratuvarlarla çalışılabilirken küçük ölçekler, Dünya'da, gelmiş geçmiş en güçlü makinelerin, parçacık hızlandırıcılarının yapımını gerektiriyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ise bunların en büyüğü olarak öne çıkıyor. 

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, çoğumuz için hâlâ heyecan verici olsa da, her şeyden önce, Standart Model'in son kayıp parçası olan Higgs bozonunun bulunabilmesi için yapılmıştı. Evrende, birçok farklı tipte temel parçacık bulunuyor. Ancak bizler bunları, 3 farklı kategoride toplayabiliyoruz: Fermiyonlar (atom çekirdeğindeki proton ve nötronları oluşturan kuarklar ve atom çekirdeği çevresinde dönen elektronlar), bozonlar (örneğin fotonlar) ve benzersiz, temel parçacık, Higgs. 

Söz konusu çarpıştırıcıdan gelen haberleri takip edenlerimizin de hatırlayabileceği gibi, Higgs bozonunun kütlesi hakkında amansız bir spekülasyon söz konusuydu. Bunun için çok da güzel bir sebep vardı: Tüm bu parçacıklar -kuantum alan teorisi bağlamında- gözlemlediğimiz her şey üzerinde çarpıcı bir etki sahibi. 

Örneğin, normalde bizler, 3 kuarkın bir araya gelerek, atom çekirdeğindeki protonları ve nötronları oluşturduğunu düşünürüz. Ancak bu 3 kuarkın tamamının kütlesi, söz konusu parçacıkların kütlesinin yalnızca %2'sine karşılık geliyor; yani bu kuarklar, proton ve nötronun kütlesinin çok küçük bir kısmını oluşturuyor. Geriye kalan kütle ise, kuantum alan teorisi yasalarının öngördüğü diğer bazı parçacıklardan gelir. Tüm bu parçacıklar, birbirlerine o kadar bağlıdır ki, üst kuark dediğimiz, tüm Standart Modelin en ağır parçacığı (protonun 180 katı kadar bir kütleye sahip) eğer şimdiki kütlesinin 2 katına sahip olsaydı, evrendeki tüm protonlar, şimdiki kütlelerinin %20'si kadar fazla kütleye sahip olacaktı! Yani Higgs, evrende ne varsa, kuantum alan teorisine göre, hepsiyle çok yüksek derecede bağlı durumda. 

Standart Model, kütleçekimini içermiyor. Ancak gerçek evrende bu olgu bulunuyor ve evrenin, bizim varsaydığımız temel teorisi, kütleçekimi de dahil olmak üzere, bilinen tüm kuvvetleri içeriyor. Kütleçekimi söz konusu olduğunda, düşük enerjili ve yüksek ölçekli bir kuvvet akla gelir, ancak bizler bu kuvvetin, kuantize edilmiş durumunu arıyoruz.

Bu teori üzerindeki arayışlar söz konusu olduğunda, son yıllarda yaygınlaşmaya başlayan yeni bir fikir var: Asimptotik güvenlik. Herhangi bir matematiksel detaya girmeden anlaşılması biraz zor bir konu; ancak şunu söyleyebiliriz: Kuantum alan teorisine, matematiksel bir hile ile kütleçekimini de ekliyoruz. Bu bizi çok önemli bir sebeple beraber ilgilendiriyor: Eğer bizler kütleçekimini, kuantum alan teorimizin içerisine başarıyla yerleştirebilirsek, bizler, teorik olarak, geriye kalan tek parçacığın kütlesini tahmin ederek, bu kütleye karşılık gelen enerjilerde deneylerimizi sürdürebiliriz. 

Evrenin son parametresini (Higgs bozonunun kütlesi) sınırlamak için bunların yapılması gerekiyor. Eğer kütleyi belli bir değere indirgeyebilirsek, bu, asimptotik güvenlik fikrinin geçerli bir fikir olduğunu gösterecek ve daha da önemli bir sonucu beraberinde getirecek: Artık evrende, Standart Model için yeni bir parçacık yok! Tabii -yeniden belirtelim- eğer bu fikir geçerliyse. Ancak bizler, Higgs bozonunun kütlesini farklı bir değer olarak bulursak (düşük veya yüksek; fark etmez), bu, evrende yeni bir şeylerin bizleri beklediğini gösterir. Daha da ilginci, Higgs bozonunun kütlesi, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı çalıştırılmaya başlamadan 3 yıl önce, 2009'da hesaplanmış! Bu inanılmaz bir şey! Çünkü bize şu düzeltmeleri yapma olasılığı sunar: eğer asimptotik güvenlik doğruysa, Higgs bozonunun çok küçük bir belirsizlikle hesaplanması, süpersimetriye, ekstra boyutlara ve Güneş Sistemi'nde kurulması planlanan bir parçacık hızlandırıcısıyla bulunması beklenen herhangi bir yeni parçacığı öngören diğer teorilere karşı ezici bir kanıt olabilir. 

Higgs bozonunun kütlesi, ATLAS ve CMS dedektörlerinden gelen verilerle beraber, sağlam bir olasılıkla, öngörülen kütlelerde saptanmıştı. Evet, evrende hâlâ karanlık madde, simetri kırınımı, nötrinonun kütlesi gibi, cevap bekleyen sorular var. Fakat en azından parçacık fiziği için yeni parçacıklar bağlamında, öğreneceğimiz başka hiçbir şey olmaması olasılığı söz konusu.