Gündelik hayatımızdan hepimiz biliriz, eğer herhangi bir şey doğru dürüst çalışıyorsa, etraftan biri hemen ‘Aman’ der, ‘Kurcalama, bozma…’

Oysa bilim bunun tam tersi bir yöntemle çalışır. Bir şey çalışıyor olsa bile kurcalanmaya devam edilir.

Fizik biliminin elinde neredeyse mükemmel çalışan iki tane teori var.

Bunlardan biri olan Avusturyalı büyük fizikçi Erwin Schrödinger’in kuantum alan fonksiyonu denklemleri bu yazının konusu değil. Bu denklemler o kadar mükemmel çalışıyor ki, bize devasa bir elektronik endüstrisini verdi, dünyamız bu endüstrinin üzerinde duruyor şu anda. Ama dedim ya, bu yazının konusu bu teori değil.

Yazının konusu, ‘Standart Model’ adı da verilen, kuantum parçacıklarının nasıl olup da atomu oluşturduğunu izah eden, 50’li yılların sonlarından beri fizikçilerin ortak çabasıyla geliştirilen teori.

Standart Model de mükemmel çalışıyor. Doğadaki dört temel güç olan kütle çekimi, elektro manyetizm, atomun içindeki kuvvetli güç ve zayıf gücü, kütle çekimini hariç tutarak mükemmel biçimde açıklıyor.

O kadar iyi bir teori ki, bugüne kadar sayısız deneysel sınamadan başarıyla geçti. En büyük sınama, 1964’te matematiksel olarak varlığı tahmin edilen, popüler dilde yanlış biçimde ‘Tanrı parçacığı’ adıyla da anılan ‘Higgs Alanı’ydı. 2012 yılında Higgs Alanı’nın varlığı deneysel olarak kanıtlandı biliyorsunuz.

Hepimizi var eden büyük sır

Ama bilim bu Standart Model’i kurcalamaya devam ediyor, çünkü modelin kendisi devasa bir çelişkiyi içeriyor.

Birkaç cümle önce bu model için ‘mükemmel çalışıyor’ dedim ama bu doğru değil aslında. Çünkü model mükemmel çalışsa hiçbirimiz burada olamazdık.

Modele göre evrenimizin ortaya çıktığı ‘Büyük Patlama’ sırasında madde ve anti-madde miktarı birbirine eşitti. Madde ve anti-madde birbirleriyle karşılaştığında birbirlerini yok ediyorlar, dolayısıyla bu eşitlik gerçekten söz konusu olsaydı ortada hiç madde olamazdı, yani biz de, gezegenimiz de, yıldızlar ve galaksiler de, hiçbir şey olamazdı.

Ama varız. 

Eğer Standart Model doğruysa, bu madde-antimadde simetrisi veya eşitliği bir sebeple madde lehine bozulmuş olmalı. Bu simetrinin neden bozulduğunu bulamıyorsak, o zaman elimizdeki Standart Model her ne kadar çalışıyor olsa bile, doğru olamaz.

İşte bilimin 60 yıla yakın süredir elindeki en iyi teoriyi kurcalamasının ve hatta bu teorinin yanlışlığını kanıtlamak için deli gibi çalışıyor olmasının temel nedeni bu denli önemli bir soru.

Andrey Saharov’un müthiş katkısı

Akıllı insanlar daha en başından beri bu çelişkinin farkındaydı. O yüzden, başından beri evrendeki simetriyi neyin bozduğunu bulmaya çalıştılar. Bu konuda pek çok teori var, bu teorilerin önemli bölümünün arkasında ise çok büyük bir Rus fizikçi olan Andey Saharov’un görüşleri var.

Evet çoğu insan Saharov’un adını, onun için konan insan hakları ödülünden ötürü biliyor ama Saharov Sovyet rejimi tarafından ağır zulüm altında yaşamaya zorlanmazdan önce bu ülkenin yetiştirdiği en önemli teorik fizikçilerden biriydi.

Saharov, 1967 yılında Sovyetler Birliği’nin Deneysel ve Teorik Fizik Dergisi’nde son derece önemli ve bugün bile hala alıntılar ve atıflar yapılan bir makale yazarak evrendeki simetrinin bozulmasına neden olan olası durumları sıraladı. Saharov, mikroskopik bazı durumların simetriyi madde lehine bozmuş olabileceğini söylüyordu. Makaleyi buradan okuyabilirsiniz.

Saharov’un teorisi nötrino adı verilen minik parçacıkla ilgiliydi. Siz bu yazıyı burasına kadar okuduysanız, okumaya başladığınızdan beri vücudunuzdan 100 binden fazla nötrino geçti bile ve siz bu durumun farkında değilsiniz.

Evet, evrenimiz bu minicik parçacığın yağmuru altında. Işık hızına yakın  hızda hareket ediyor ve neredeyse hiçbir şeyle çarpışmadan dünyamızın içinden de hepimizin içinden de geçip gidiyor.

Milyarlarca dolara mal olan deneyler

Saharov’un önerisiyle nötrino yakalama dedektörleri yapıldı, önce Rusya’da, sonra başka yerlerde. Bugün nötrinonun kütlesini ölçmek bilimin en büyük uğraşlarından biri. Son olarak Antarktika’da milyarlarca dolar harcanarak bir nötrino dedektörü yapıldı.

Bütün bu paralar Standart Model’i kurcalamak, onun doğruluğunu veya yanlışlığını kanıtlamak için harcanıyor.

Acaba bir elektron ne kadar yuvarlak?

Evrende madde lehine simetriyi neyin bozduğu konusu gerçekten çok geniş, birbirinden çok farklı onlarca ayrı araştırmanın konusu. Bugün bu araştırmalardan birini anlatmak istiyorum.

Evrendeki madde-antimadde simetrisini madde lehine bozma olasılığı olan durumlardan biri, temel parçacıklardan biri olan elektronu ilgilendiriyor.

Acaba elektron kendi başına temel bir parçacık mıydı, yoksa kuantum seviyesindeki başka parçacıkların bir araya gelmesiyle mi oluşuyordu?

Veya başka şekilde söyleyeyim: Acaba elektron ‘kusurlu’ olabilir ve bu miniskül kusur da sonunda evrendeki simetriyi madde lehine bozuyor olabilir miydi?

Biliyorsunuz elektron negatif yüklü bir parçacık. Ve bu parçacığın mükemmel bir küre değil de biraz bozuk (mesela dünyamız gibi biraz tepeden basık veya yumurta gibi yanlardan basık) olması, taşıdığı negatif elektrik yükünün kürenin belli bölgelerinde farklılaşmasına yol açabilirdi. İşte o negatif yük farkı da evrendeki simetriyi bozmuş olabilirdi.

Bu fikir ortaya atılır atılmaz bilim başladı elektronu araştırmaya. Araştırılan şey elektronun mükemmel bir küre olup olmadığıydı.

2011 yılında Birleşik Krallık’taki Imperial College of London üniversitesinden araştırmacılar, elektronun kusurlu veya kusursuzluğuyla ilgili ilginç ve yeni bir araştırma yöntemi önerdiler. (Meraklısı için o makale de burada.)

Kuzey Kutbu’ndaki tek şeker molekülü

Bu öneri ortaya atıldığından beri Amerika’da iki ayrı araştırma grubu arasında çok ilginç bir yarışma da başladı. Biri ünlü Northwestern Üniversitesi’nde, diğeri Colorado Üniversitesinde iki araştırma grubu birkaç yılda bir daha da hassas deneyler geliştirerek hem birbiriyle yarışıyor hem de elektronun kusursuzluğunu ölçmeye çalışıyor.

Söylendiğine göre 12 yıldır devam eden bu yarışta elektronun kusursuzluğunu ölçen deney cihazlarının hassasiyeti tam 200 kat artmış durumda.

Tabii şunu unutmayın, elektron dediğiniz şeyin çapı 2 çarpı 10 üzeri eksi 10 santimetre. Yani 2 rakamının sol yanına 11 tane sıfır koyacaksınız ve şöyle bir sayı bulacaksınız: 0,000000000002. Santimetrenin 2 trilyonda biri.

Çapı bu kadar küçük olan bir şeyi ölçmeyi bu denli hassas hale getirmenin anlamını da anlatmaya çalışayım: Eğer elektron dünyamız büyüklüğünde bir şey olsaydı, onu ölçen aletler Kuzey Kutup noktasında sadece bir şeker molekülü büyüklüğündeki bir yükseltiyi bile saptayabilirdi.

Ama saptayamadı.

Yani elektron öyle mükemmel bir küre ki, bu denli mükemmellik ancak hayal edilebilir bir şey.

Peki bu ne demek? Birinci olarak, Standart Model’i kurcalayan gruplardan hiç değilse bir tanesi aradığı simetri bozucu şeyi bulamadı. Yani başarısız oldu.

Peki ama sahiden başarısız mı oldu? Bunca çaba hiç mi işe yaramadı?

Bilim şimdi bir yandan ölçümlerini daha hassas yapmaya çalışırken bir yandan da elektronun bu denli mükemmel olmasından yeni bir fizik çıkarmaya çalışıyor.

Anlayacağınız, bazı temel kabulleri kurcalamak hiç de kötü bir şey değil.

(Not: Bu yazıyı yazarken Quanta dergisindeki şu yazıdan çok faydalandım.)