Atom Oluşum Kuramında Eksiklik mi Var?

Bu temel nükleer fizik problemine benzer önemli bir mesele daha var: Lityum oluşumunu sağlayan element çarpışmaları. Evrenbilimcilerin temel fizikten yola çıkarak, Büyük Patlama sırasında oluşan hidrojen ile helyumun birbirlerine oranını öngörebilmeleri büyük bir başarı; ama konu lityuma gelince ne yazık ki kuşkulu durumlar ortaya çıkıyor.

Hesaplamalara göre, şu anda evrende gözlemlenenden çok daha fazla 7Li olması ve bu miktarın 6Li‘den az olmaması gerekiyor. Peki bu durum, tahminlerin yanlış olduğu anlamına mı geliyor, yoksa ortada farklı bir uyuşmazlık mı var? Yakın zamanda yapılan deneylere bakılırsa, 6Li konusundaki sorunlar hesaplamalarla değil, evrenle ilgili.

Lityum Konusunda Endişelenmekte Haklı mıyız?

Büyük Patlama sırasında oluşan lityumun yanı sıra, yıldızlarda üretilen ve yakılan lityum da var. Dolayısıyla gözlemlediğimiz lityumun ne kadarının evrenin başlangıcından kalmaolduğunu belirlemek kolay değil. Ayrıca daha ağır elementlerin ortaya çıkmasını sağlayan başka yollar da var, ki bu da hesaplamaları iyice belirsiz hâle getiriyor. Şimdiye dek hiç kimse ortada bir sorun olup olmadığından emin olamadı.

Hesaplamalarımızın doğru olup olmadığını anlamak için epeyce para ve devasa bir lazer gerekli. Görünüşe bakılırsa iki elementi kaynaştırmaya çalışmak pek işe yaramıyor. Birinci elementi alıp elektronlarından sıyırarak iyon yaratır ve daha sonra bu iyonları ikinci element atomlarından yapılmış katı bir hedefe ateşlersiniz. Enerji yeterince yüksek olduğu sürece, elinize az bir miktar füzyon ürünü ile bolca gama ışını ve diğer yüksek enerjili ışınım ürünleri  geçer. Bu deneylerin güzel yanı, hedefin yoğunluğunun ve deney süresince hedefe kaç tane ivmelendirilmiş iyonun çarptığının biliniyor olmasıdır. Bundan sonrası, basit bir dizi deneyle kaç tane yeni atomun oluştuğunu saptamaktır. Böylece olası nükleer tepkimelerden her birinin gerçekleşme olasılığı anlaşılabilir.

Ne yazık ki bu tür deneyler, Büyük Patlama nükleosentezi ile ilk elementlerin oluşumunun anlaşılması için pek yararlı olmuyor. Hızlandırıcılarda karşılaşılan enerjiler, Büyük Patlama nükleosentezi sırasında beklenenden yaklaşık 10 kat daha yüksek oluyor; o nedenle bu deneylerden elde edilen oranlar muhtemelen pek doğru bir temsil olmuyor. Beklenen lityum miktarına ilişkin kuramsal belirsizlikler de düşünüldüğünde, lityum konusunda endişelenmemize gerek olup olmadığı hakkında kimse net bir yanıt veremiyordu.

Artık Endişelenmeye Başlayabilirsiniz

İşte bu noktada işimize çok yarayacak, fakat ölümcül de olabilen lazerimiz devreye giriyor. OMEGA lazer tesisi, 600 ps’de (1 pikosaniye = 10-12 saniye) 17 kilojoule enerji üreten bir lazere sahip; yani 28 TW’lık bir güç.

Bu lazer, tirityum (çekirdeğinde iki nötron bulunan hidrojen atomu) ve 3He (bir nötronu eksik olan bir helyum atomu) içeren bir kapsülü sıkıştırmak için kullanılıyor. Sıkıştırma ve ardından gelen şok dalgası öylesine hızlı ki ağır çekirdeklere ivmelenmek için çok az zaman kalıyor ve sonuçta soğuk, yoğun bir plazma ortaya çıkıyor. Bu plazmanın sıcaklığı ve yoğunluğu, evrenbilimcilerin Büyük Patlama nükleosentezi sırasında mevcut olduğunu düşündükleri koşullara çok benziyor. Dolayısıyla bu plazma ortamındaki tirityum ve helyum iyonları, Büyük Patlama sırasındaki oranlara tam uyan oranlarda 6Li oluşturmak için kaynaşabilir.

Füzyon ürünlerinin ölçümü ise daha önceki deneylerdeki kadar kolay olmuyor. Bunun nedeni kısmen şu: Tepkime ürünlerini tam olarak elde edemiyorsunuz. Bu tür füzyonda, lityum üretimini gerçekte olandan daha düşük tahmin etmeye neden olabilecek başka ürünler de üretilebiliyor. Böyle bir durumda, araştırmacılar gama ışın algıçları (dedektörleri) kullanarak, lityum üretimine özgü füzyon olaylarına karşılık gelen enerjilere sahip gama ışınları arıyor. Bu da başa çıkılması gereken bir sürü arka plan ölçümü ve algıç verim çalışması anlamına geliyor. Bu ölçümler için uğraşılması gerekenler düşünüldüğünde, sonuç daha yüksek enerjilerde gerçekleştirilen deneylerden daha az net olabiliyor.

Yine de araştımacılar 6Li oluşturmak için izlenebilecek bu yolun, ilkel yıldızlarda gözlemlediğimiz miktarı açıklamak için çok yavaş kaldığını gördü. Heyecan verici biçimde, bu yol henüz tam keşfedilmemiş son 6Li oluşum yoluydu. Lityum oluşturabilecek diğer tüm yollar iyice incelenmiş ve oranları oldukça net bir şekilde ortaya konmuştu. Yani eğer ilkel lityum miktarına ilişkin tahminlerimiz doğruysa, standart fizik bugün gözlemlediğimiz lityum miktarını açıklayamaz.

Ama elbette, ilkel lityum miktarını doğru tahmin ettiğimizden asla emin olamayız. Yıldızlar lityum üretebilir ve bunu hesaba katmak kolay değil. Yine de sonuçta ortada gerçekten bir sorun olduğu görülüyor ve bu sorunun, fiziğin Standart Model‘inin hatasız olmadığına ilişkin ipuçlarından birini verdiği söylenebilir.

Kaynak
*Bilimfili - "Atom Oluşum Kuramında Eksiklik mi Var?"
http://bilimfili.com/atom-olusum-kuraminda-eksiklik-mi-var/