Geleceğin Parçacık Çarpıştırıcıları Üzerine

Kapak Görseli: CERN’in 26.7 kilometrelik Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda iki proton demetinin birbirine girdiği dedektörlerden CMS (Sıkışık Müon Solenoidi). Fotoğrafta, Higgs bozonuyla Nobel Fizik Ödülünü kazanan Peter Higgs’i görüyoruz.

Parçacık Çarpıştırmak 


Bu çarpıştırıcı işini anlamak için 2400 yıl öncelerinden Demokritos’un atom felsefesine değinmek lazım. Örneğin, domatesi ince dilimlere böldüğümüzü düşünelim; hatta daha ince, hatta daha daha ince parçalara bölelim, en sonunda bıçakla bölemeyeceğimiz küçüklükte bir şey(ler)e erişeceğiz. Bu şimdilik bölemediğimiz şeye, Yunanca bölünemez anlamına gelen atom diyelim. Bıçakla kesemesek de modern fizik sayesinde biliyoruz ki atom, merkezinde inanılmaz yoğun (çok küçük ve küçük olmasının sebebi de kendini içine doğru çok fazla çekebilmesi) bir çekirdek  ve çekirdeğin uzaktan uzaktan etrafında dolanan elektronlardan oluşuyor. Şöyle ki, atomun çekirdeği İstanbul’un Taksim Meydanı kadarsa elektronlar büyük olasılıkla Hatay civarındaki uzaklıklarda takılıyorlardır (evet, elektronun yerini net olarak bilemezsiniz ve evet 100 metre yarı çapındaysa Taksim Meydanı, elektron yaklaşık 10,000 kat uzaklığında bir yerde olmalı).

Aslında atomlar da birbirine dokunamazlar; hatta şöyle söylemeliyim, atom dediğiniz şey kesin çizgilerle çizilmiş bir küre vesaire de değil, bu sebeple atomlar birbirlerine itmedikleri miktarda yakınlaşabilirler. Atomlardan oluşan siz insanoğlu; elinizde bıçağı tuttuğunuzda aslında sizin elektronlarınız bıçaktaki elektronları itiyor; yer çekimi aşağı doğru çekiyor ve siz bıçağı kavrarsanız da kuvvet dengeye geliyor. Ayrıca bıçağın domatesi kesme sebebi, bıçağın uyguladığı basınçtır (basınç: birim alana uygulanan kuvvet: P=F/A; yani bıçağı daha keskin yapmak, alanı azaltmak demek; böylece domatese aynı kuvvet uygulasanız dahi daha fazla kesebiliyorsunuz). Atomlar bir araya geleceklerse bağ kurarlar (bkz. lise kimya kitabı) ve bu bağları yapıp bozmak için ısıtmanız, basınç uygulamanız gibi her gün yaptığınız şeyi yapabilirsiniz. Kısaca atoma dokunamazsınız, atomun dış yüzeyindeki elektronlar birbirlerini itmedikleri miktara kadar bir şeye yaklaşabilirsiniz sadece…

Konumuza geri dönecek olursak, temel parçacıkları, iki çekirdeği veya en küçük çekirdek olan tek başına bir protonu başka bir protonla çarpıştırmak demek, bu iki protonun birbirinin yapısını bozacak kadar birbirine yaklaştırmak demek. Çarpıştırıcı tasarımları ise: daha güçlü bir şekilde birbirlerine yaklaştırıp daha küçük bir alanda birbirleriyle etkileştirmeyi hedefliyor. 


Resim 1: Evrendeki her şey legolardan oluşuyor diyelim. Dağı, taşı, aracı, yatı, katı veya canlıyı derinlemesine anlayabilmek için onların yapı taşı olan legoları anlamalıyım. Evi veya herhangi bir cismi en küçük yapı taşı olan legolarına kadar bölebilirim, peki lego gerçekten de bölebileceğim en küçük yapı taşı mı? Lego, bu resimde en küçük yapı taşı gibi görünse de, aslında legoya yeterince kuvvet uygularsanız onu da parçalayabilirsiniz. Bu “yapı taşı” olan legolara, eskiden bölünemez anlamına gelen Atom diyorduk. Şimdilerde parçacık fiziği için legolar; atomdan daha küçük olan parçacıklar demek, örneğin: elektronlar, kuarklar, nötrinolar…

Peki neden çarpıştırıyoruz; neden atomu kendi halinde, küçük dağları yerlerinde bırakmıyoruz? Çünkü evren gerçekten yoktan mı var oldu ve bu yok her ne demekse onu anlamak için. Şöyle ki, aslında bu koskocaman evren, farklı renkte ve şekilde legolardan oluşuyor. Eğer bir legoyu ele alıp ya bu lego parçalanamaz mı, çok kuvvet -enerji- uygulasam birbirlerine çok hızlı çarpıştırsam legonun altında bir şey bulamaz mıyım derseniz; yanıtımız Lisa Meitner ve A. Einstein’dan bu yana: evet! Lego - yani atom - parçalanabilecek bir şey ve atomun altında daha küçüğe doğru ilerlediğimizde daha da küçük bir şeyin var olduğunu ve daha küçük bir şeyin çok daha büyük bir enerjiyle kendini koruduğunu görüyoruz. O zaman daha daha küçük bir parçacığı daha daha büyük büyük bir enerjiyle çarpıştırırsam daha daha daha küçük bir şeye, yani belki de yok denebilecek kadar küçük bir parçacığa erişebilirim. (Şöyle düşünün bir ev var; ev tuğladan oluşuyor, tuğla silisyum atomlarından, silisyum atomu protonlardan, protonlar ise kuarklardan, peki ya kuarklar?). O zaman evreni yani en büyüğü ve onun varoluşunu anlamak için yok denilebilecek kadar küçük bir şeyi var etmeli ve onu anlamalıyım. Sonuç olarak, çok daha güçlü enerjide ve(ya) çok daha küçük parçacıkları çok daha küçük alanlarda çarpıştırmalıyım. İşte bu yüzden daha büyük ve daha güçlü çarpıştırıcılara ihtiyacımız var.