Higgs Bozonu Parçacığı 10 Yaşında

4 Temmuz 2012'de, CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısını kullanan ATLAS ve CMS işbirlikleri, Higgs Bozonu parçacığının keşfini duyurdu. Bu, parçacık fiziği teorisi Standart Model'in uzun zamandır aranan önemli bileşeniydi ve evrendeki parçacıkların nasıl kütleye sahip olduğunun temelini oluşturuyor.

 

Higgs Bozonu nedir?

Evrende Higgs alanı olarak bilinen bir alan vardır. Kütlesi olan herhangi bir parçacık bu alanla etkileşir ve bu etkileşime Higgs Bozonu aracılık eder. Bozonun kendisi de alanla etkileşir, bu nedenle atomların merkezinde bulunan pozitif yüklü parçacık olan protondan yaklaşık 125 kat daha ağır bir kütleye sahiptir.

Parçacıkların alanla nasıl etkileşime girdiğini açıklayan ünlü bir benzetme, bir kokteyl partisine giren ve bu partide yürüyen birer ünlü ve ortalama kişiye sahiptir. Ünlü (ağır bir parçacık), ortalama birine (daha hafif bir parçacık) kıyasla daha fazla parti konuğunun (Higgs bozonları) dikkatini çekecektir.

Temel parçacıkların kütlesi - kuarklar, elektronlar vb. - işte böyle oluşur ve atomlarda bir araya gelerek bizi ve gördüğünüz her şeyi oluştururlar.

 

Higgs Bozonunu kim keşfetti?

Bu teorik çerçeve üç bağımsız grup tarafından ortaya atıldı: Peter Higgs, Robert Brout ve François Englert; Gerald Guralnik, C. R. Hagen ve 1964'te Tom Kibble. Fakat Higgs bozonu ancak CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (LHC) gücüyle avlanabildi. Buradaki ATLAS ve CMS dedektörleri, ortaya çıkabilecek yeni parçacıkları tespit etmeye hazır, proton ışınlarının çarpışmasını kaydetti.

Veri toplama Mart 2010'da başladı ve Temmuz 2012'de keşfi desteklemek için yeterli kanıta sahiptiler. 5 sigma altın standardına ulaşmışlardı, bu da sonucun şans eseri olma ihtimalinin 3.5 milyonda bir olduğu anlamına geliyordu. Keşif, parçacık fiziğinin tamamen yeni bir alanına açılan bir pencereydi.

ATLAS sözcüsü Andreas Hoecker yaptığı açıklamada, "Higgs sektörü, erken Evrenin evrimi ve boşluğun kararlılığı ile madde parçacıklarının çarpıcı kütle modeliyle ilgili çok derin sorularla doğrudan bağlantılıdır." dedi.

“Her parçacığın Higgs bozonu ile ilişkisi özeldir ve Standart Model için benzersiz bir test sağlar. Son on yılda, Higgs bozonunun tüm ana üretim ve bozunma mekanizmalarını bugünün makalesinde özetlendiği gibi gözlemledik ve ölçtük.”

2013 yılında Higgs ve Englert, keşif için Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı.

 

Neden "Tanrı Parçacığı" deniyor?

"Tanrı Parçacığı" lakabı fizikçiler arasında pek popüler olmayabilir ama onu popüler yapan bir fizikçiydi. Nobel ödüllü fizikçi Leon M. Lederman, bilim yazarı Dick Teresi ile birlikte 1993 yılında Tanrı Parçacığı: Eğer Evren Yanıtsa Soru Ne? başlığıyla Higgs Bozonu hakkında popüler bir bilim kitabı yazdı - bu atom altı maddenin önemini halkın aklında belirginleştirmek için mükemmel bir strateji.

Lederman kitapta, "Neden Tanrı Parçacığı? İki neden var. Birincisi, yayıncı ona Lanet Parçacık dememize izin vermedi, ancak bu, kötü doğası ve neden olduğu masraf göz önüne alındığında daha uygun bir başlık olabilirdi. İkincisi, başka çok daha eski bir kitapla bir tür bağlantı var." diye açıkladı.

Higgs alanının parçacıklara kütle vermesi, evren için çok önemlidir. Aksi takdirde hiçbir şey olmazdı. Bozon, yalnızca fizik modelimizin değil, tüm yaratılışın kendisinin temel taşıdır.

 

Higgs Bozonu'nun keşfi fiziği nasıl değiştirdi?

İlk keşiften bu yana, ATLAS deneyi 30 kez daha Higgs Bozonu olayı kaydetti. Bu da araştırmacıların Higgs Bozonu'nun davranışını diğer temel parçacıklarla test etmelerine olanak sağladı. Standart Modelden sapmalar, az bile olsa, bize hangi büyüleyici fiziğin henüz bulunmadığı hakkında bilgi verebilir. 

Higgs'in ilk on yılının bulguları, çoğunlukla Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın 2015 ve 2018 yılları arasındaki ikinci çalışmasından alınmıştır. Gözlemler, Standart Modelin tahminleriyle dikkate değer ölçüde tutarlıdır, ki bu fizikçilerin, olayı Standart Model'in ötesinde açıklamaya çalışan birçok modele bazı ilginç ve katı kısıtlamalar koymalarına imkan vermiştir.

Standart Modelin ötesindeki fizik fikirleri son birkaç yılda daha yaygın hale gelirken, modelin en göze çarpan ihmali yerçekimi olmaya devam ediyor. Yani geliştirmek için kesinlikle yer var. Bir başka aktif araştırma alanı, evrendeki normal maddeden beşe bir ağır basan varsayımsal madde, karanlık madde.

CMS sözcüsü Luca Malgeri, “Higgs bozonunun kendisi, evrendeki karanlık maddeden sorumlu olabilecek bazıları da dahil olmak üzere yeni olgulara işaret edebilir.” dedi. "ATLAS ve CMS, Higgs bozonunu içeren her türlü beklenmedik süreci araştırmak için birçok inceleme yapıyor."

ATLAS Fizik Koordinatörü Guillaume Ünal, "Kütlesi olan herhangi bir yeni parçacık Higgs bozonu ile etkileşime girebilir." diye açıklıyor. "Bu parçacıkları doğrudan özel aramalarla veya dolaylı olarak Higgs bozonunun kinematik ve simetri özelliklerini tam olarak ölçerek gözlemleyebiliriz. Kuantum döngülerinde meydana gelen yeni parçacıklar, bu özellikleri Standart Model tarafından tahmin edilenlerden değiştirebilir.”

 

"Tanrı Parçacığı" için sırada ne var?

LHC Run 3, 5 Temmuz’da başladı ve 13.6 trilyon elektron voltluk rekor bir enerji ile dört yıla yakın bir süre boyunca 24 saat çalışması bekleniyor. Bu, Higgs Bozonu'nun ve hatta belki de yeni parçacıkların daha kesin bir şekilde anlaşılmasına olanak sağlayacak.

Bu içerik IFLSCIENCE’da yayınlanmıştır.