23-04-2023
İsmet Berkan

Bilim, evrendeki varlığımızın sırrını çözme ümidiyle elektronda hata aradı, bulamadı

Bilim, evrendeki varlığımızın sırrını çözme ümidiyle elektronda hata aradı, bulamadı

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.

Andrey Saharov, insan hakları eylemcisi olmazdan önce çok büyük bir fizikçiydi.

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.

Japonya’nın milyarlarca dolar harcayarak inşa ettiği son derece hassas nötrino dedektörü.

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.)

Dev roket 39 kilometre havada patladı, insanlık ondan çok şey öğrendi

Dev roket 39 kilometre havada patladı, insanlık ondan çok şey öğrendi

Arefe günü akşamüzeri saatlerinde SpaceX’in Starship ismi verilen uzay aracı, insanlık tarafından bugüne kadar yapılmış en güçlü ve büyük roket aracılığıyla bir deneme seferi yapmak üzere havalandı.

Aracın kalkışı başarılıydı ama birkaç dakika sonra 120 metre uzunluğundaki dev roket havada kontrolsüzce dönmeye başladı. Bir iki düzeltme girişimi yapıldı ama roket düzeltilemedi. Bunun üzerine kontrol merkezindeki görevliler uçuşu iptal düğmesine bastılar, dev roket havada infilak ettirildi.

Normalde başarısız bir deneme oldu bu. Çünkü testin amacı roketin uzaya çıkabildiğini görmek ve göstermekti. Test başarılı olsa, alttaki dev roketle onun tepesindeki Starship birbirinden ayrılacak, roket Meksika Körfezi’nde bekleyen platforma iniş yapacak, Starship ise uzayda kısa bir süre geçirip sonra Hawai yakınlarında, Pasifik okyanusuna inecekti.

Havada infilak etmesine rağmen yine de bu denemenin başarılı olduğu açıklandı. Züğürt tesellisi gibi gelebilir ama değil: Bu roket, bugüne kadar yapılmış en güçlü roket. Ona bu gücünü veren 33 motoru bu denemede bir arada çalıştırıldı ve kalkış başarılı oldu.

Amerikan Uzay ve Havacılık Dairesi NASA da, bir bütün olarak insanlık da Elon Musk’ın şirketi SpaceX tarafından yapılan Starship’ten çok ümitli. Çünkü bu roket ve uzay aracı, uzaya bir seferde 150 ton birden kargo götürebilecek. Bu büyüklükte ve ağırlıkta bir kargoyu daha önce onlarca farklı uçuşla uzaya gönderebiliyorduk.

Starship sayesinde NASA’nın iddialı Artemis programı hayata geçebilecek. Bu program, Ay çevresinde kalıcı bir uzay istasyonu ile en önemlisi Ay yüzeyinde kalıcı bir üs kurulmasını hedefliyor. Eh, bu kadar kalıcı şey de çok miktarda kargo ve insan demek.

Dünyanın en büyük sağlık araştırması kurumunun başına bir kadın geliyor

Dünyanın en büyük sağlık araştırması kurumunun başına bir kadın geliyor

Amerikan Başkanı Joe Biden, federal hükümetin en önemli sağlık bilimleri araştırma kurumlarından biri olan National Institute of Health’in (NIH- Ulusal Sağlık Enstitüsü) başına Monica M. Bertagnolli’yi atamaya hazırlanıyor. Daha önce Harvard tıp fakültesinde araştırmacı ve hastanesinde onkolojik cerrah olarak görev yapan Bertagnolli, halen NIH’e bağlı dev National Cancer Institute’un başında bulunuyor.

NIH 50 milyar dolara yaklaşan bütçesiyle dünyanın en büyük sağlık araştırma kurumu aslında. Bugüne kadar bu kurumda yapılan araştırmalar sayesinde çok sayıda önemli buluşa ve tedaviye imza atıldı. Herhalde bunlardan en ünlüsü diş çürümesine karşı florürün etkili olduğunun bulunmasıydı, o yüzden bugün hepimiz diş macunlarımızla birlikte florür de alıyoruz.

NIH’i bürokratik bir devlet kurumundan çok bir üniversiteye benzetmek gerek. Çünkü içinde hem kendi araştırmacıları çalışıyor hem de yürüttüğü çok sayıda programla dünyanın dört bir yanından araştırmacıların araştırmalarını da fonluyor.

Bunun sonucu olarak da, örneğin geçen yıl NIH, ünlü Nature dergisinin sıralamasında Harvard Üniversitesinden sonra ikinci sırada gelen araştırma kurumu oldu. NIH adına o kadar çok bilimsel makale yazıldı yani.

Web gazeteciliğinin öncülerinden BuzzFeedNews havlu attı

Web gazeteciliğinin öncülerinden BuzzFeedNews havlu attı

Dünyanın her yerinde pahalı bir iş olan iyi ve kaliteli gazetecilik temelde iki yolla finanse edilir: 1. Satış/Abonelik gelirleriyle; 2. Reklam gelirleriyle.

Internetin kağıda basılı gazetelere verdiği esas büyük darbe okuyucunun kağıttan dijitale, hatta mobile kayması değildi. Esas darbe, reklam fiyatlarını çok düşürmesiydi. Böyle olunca internet üzerinden içeriğini bedavaya sunarak o kaliteli içeriği oluşturan gazeteciliği finanse etmek imkansızlaştı.

Başlangıçta salt internette kurulu, kağıtla hiçbir zaman ilişkisi olmamış bazı web haber siteleri büyük ilgi gördü ama bugün onlardan en büyüklerinden biri olan BuzzFeedNews iki gün önce havlu attı. BuzzFeedNews’ü yayınlayan şirket olan BuzzFedd’in genel müdürü (CEO) Jonah Peretti, çalışanlara bir mektup göndererek şirketin bundan böyle BuzzFeedNews’un giderlerini karşılamayacağını bildirdi.

BuzzFeedNews, 2010 yılında ilk ortaya çıktığında, haberleri sosyal medya üzerinden dağıtacak ve okuyucularını sosyal medya üzerinden bulacak bir organizasyon olarak çok ilgi çekmiş, hatta bir ara Disney tarafından 1 milyar dolara satın alınması bile söz konusu olmuştu. Şirket zaten başlangıçta 100 milyon dolardan fazla sermaye bulmuştu. Ama zaman içinde sosyal medyanın davet edici hele hele okuyucuyu web sitesine davet edici özelliği neredeyse sıfırlandı ve bu durum da BuzzFeed’i fena halde vurdu.