Einstein bir kez daha haklı çıktı: Anti-madde de kütle çekiminde normal madde gibi düşüyor

Doğadaki her temel parçacığın bir karşı, anti parçası olduğu biliniyor. Bu karşı parçacıklar aynı kütleye ancak yük ve devir hızı gibi eşit ve zıt özelliklere sahip bir ikizden ibaret. Bu ikizler karşılaştıklarında birbirlerini yok ediyor ve temas ettikleri anda ortaya bir enerji parlaması çıkarıyorlar.

Teoride antimadde gibi tamamen zıttımızın yaşadığı bambaşka bir dünya olabilir. Hatta fizikçiler arasında bunun esprisi bile yapılır. Eğer anti halinizle karşılaşırsanız ve size elini uzatırsa sakın tutmayın, çünkü ikiniz de havaya uçabilirsiniz. Bilim kurguda anti parçacıklar, yıldızlararası yolculuğu mümkün kılan ‘warp motorları’nın gücünü sağlayan maddeler olarak hayal edildi. Bazı fizikçiler, anti parçacıkların kütleçekimi tarafından itildiğini ve hatta zamanda geriye doğru yolculuk yaptığını düşündü.

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’de yapılan yeni bir deney, yukarıdaki düşünceleri gerçeklerle karşı karşıya bıraktı. Zira kütleçekimsel bir alanda anti parçacıkların da tıpkı bizler gibi Einstein’ın genel görelilik teorisindeki kurallar uyarınca hareket ettiğini gösterdi. Kaliforniya Üniversitesi’nden Joel Fajans, “Sonuç itibarıyla bedava köfte yok, antimadde kullanarak havalanamayacağız” diyor.

Fajans, merkezi CERN’de bulunan ve Danimarka’daki Aarhus Üniversitesi’nde parçacık fizikçisi olan Jeffrey Hangst tarafından yönetilen Antihidrojen Lazer Fiziği Cihazı (ALPHA) çalışmasındaki uluslararası ekibin bir parçasıydı.

Fajans ve meslektaşları, Nature dergisinde yayınlanan çalışmalarında yaklaşık 100 anti-hidrojen atomunu bir araya getirerek bunları manyetik alanda bekletti. Alan yavaş yavaş daraltıldığında anti-hidrojen atomları, akçaağaç yaprakları gibi saniyede 32 fit hızla aşağı doğru hareket etti. Bu da antimaddenin normal maddelerle aynı hızda düştüğünü gösteriyor.

20 yıllık sıkı çalışma

ALPHA ekibi son 20 yıldır bu deney için CERN’de antimadde toplama çabasındaydı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki çarpışmalardan yüksek enerjili anti-protonlar çekiyor, bunları ışık hızından saniyede birkaç yüz fit hıza yavaşlatıyor ve mutlak sıfırın yaklaşık 15 derece üzerindeki bir sıcaklığa tabi tutuyordu. Bu anti-protonlar daha sonra elektriksel alanlarda kontrol edilen karıştırma kapanı denilen bir kapanda radyoaktif sodyumun bozunmasıyla üretilen anti elektron veya pozitron bulutuyla karıştırılıyordu. Böylece anti-hidrojen atomları yaratılıyordu.

Şimdi o anti-hidrojen atomlarıyla yapılan deneyin sonuçları aslında çok az fizikçiyi şaşırttı. Nitekim Einstein’ın genel görelilik teorisine göre tüm madde ve enerji formları kütle çekimine eşit tepki verir. Einstein’ın teorisi bir ‘anti-kütle çekimi’ öngörmez.

Kaliforniya Üniversitesi’nde fizikçi olan Jonathan Wurtele, “Bu bölümün koridorlarında fizikçilere sorsanız hepsi bu sonucun o kadar şaşırtıcı olmadığını söyler. Ama çoğu da bir deneyin yapılması gerektiğini belirtir çünkü bundan o kadar emin olamazsınız. Tersi çıksaydı büyük yankı uyandırırdı” dedi.

Ekip bu deneyi yaparken evrende en kolay bulunan hidrojen atomunu kullandı. Anti hidrojen atomlarının, Einstein’ın da öngördüğü gibi normal hidrojenle aynı frekanslarda ve dalga boylarında ışık yayıp emdiği daha önce gösterilmişti. Fajans, o zamandan bu yana yapılan dolaylı deneylerin birçoğunun antimaddenin normal kütle çekimine sahip olduğunu öne sürdüğünü söylüyor. Ancak bu deneylerin hiçbirinin sonucu kesin değildi. Bu deneyi özen kılan, antimadde üzerindeki kütle çekimi kuvvetinin doğrudan ölçümünün ilk kez yapılmış olması.

Şimdi bu sonuç başka bir sorunu havada bırakıyor. Görelilik ve kuantum mekaniğine göre, Büyük Patlama eşit miktarda madde ve antimadde yaratmalı ve bunlar uzun zaman önce birbirini yok etmeliydi. Oysa evren tamamen maddeden oluşuyor, kozmik ışın yağmurları ve parçacık çarpıştırıcılarda yapılan deneyler haricinde tek bir antimadde zerresine rastlanmıyor. O zaman ne oldu? Madde-Antimadde simetrisini veya eşitliğini ne bozdu, neden bozdu? Neden kozmos, hiçliktense varlıktan oluşuyor? Bu soru neredeyse bir asırdır gündemde ve henüz cevabına ulaşamadık.

‘Hayalet parçacık’ nötrinolar Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda ilk kez gözlemlendi