Antimadde, evrenimizde neredeyse hiç bulunmayan maddenin ikinci bir türüdür. Neden bu kadar nadir bulunduğu tam olarak bilinmiyor. Normal maddeden farklı olarak, bu madde formunun gözlemlenmesi de biraz meşakatli bir iş. Ancak, ortak yanlarından biri de, antiparçacıkların tıpkı normal parçacıklar gibi bir araya gelerek antimaddeyi oluşturması. İki terim arasındaki fark yalnızca bundan ibaret.
Uzun zamandır yapay olarak elde edilen ve üzerinde çalışılan antimaddeyi fizikçiler yavaş yavaş daha iyi düzeyde kontrol ve manipüle etmeye başlıyorlar. İşler artık öyle bir seviyeye geldi ki antiparçacıkların Dünya etrafına ulaştırılması ve taşınması için hazırlıklar başladı.
CERN'deki araştırmacılar karşıt parçacıkları bir “kapan”a hapsedip kamyonla, özel izotopların üretildiği farklı bir tesise taşıyarak karşı maddenin nadir izotoplar ile olan etkileşimini incelemek istiyorlar. Böylece bilim insanları, temel parçacıklar içinde gerçekleşen etkileşimleri daha iyi kavrayabilecek ve bu verileri astrofizik alanında, özellikle nötron yıldızlarını anlamak için kullanabilecekler. Ancak astrofizik, antiparçacıkların kullanılabileceği tek alan değil. Saymakla bitmeyen çeşitli alanlarda kullanım potansiyeli olan antiparçacıklar şimdilik genelde fizik alanında kullanılıyor.
İlk yolculuk
Nasıl ki bir aile yeni doğmuş bebeklerini ilk araba yolculukları için hazırlıyorsa, CERN'deki parçacık fizikçileri de antimaddeyi taşımak için benzer bir hazırlık içerisindeler. Fakat antimadde küçük bir bebekten farklı olarak çok daha sıradışı özelliklere sahip. Mesela bir bebeği zorla bebek koltuğuna koyabilir, daha sonra ise ağlamasına katlanabilirsiniz. Fakat aynı şeyi antimadde için yapamazsınız. Deneseydiniz karşıt parçacıklarınız oracıkta herhangi bir madde ile etkileşerek anında yok olur ve geriye enerji saçardı. Yani antiparçacıkları basit bir kaba sıkıştırmayı unutun.
Peki, antiparçacıklar madem bu kadar kısa ömürlü, onları taşımamız nasıl mümkün olacak?
Aslında evrende bu parçacıklara çok küçük miktarda rastlamak mümkün olabiliyor. Nitekim bazen kozmik ışınlarda bile karşıt parçacıklara rastlanabiliyor. Ama kozmik ışınlardan antiparçacıkları çekip saklayabilecek teknolojiye henüz sahip değiliz. Dolayısıyla geriye tek bir silahımız kalıyor: Parçacık hızlandırıcılar.
Bu hızlandırıcıların en bilinenlerinen biri olan CERN'de, antiparçacıklar birkaç farklı yol ile üretiliyor. Buna rağmen karşıt parçacıkların yakalanması ve saklanması hala çok zor bir görev. En güncel antimadde kapanları, içlerindeki parçacıkları yalnızca 1000 saniye gibi bir süre hayatta tutabiliyor.
Gelişen teknolojiler
İşte CERN, tam da bu yüzden 2018 yılının ilk gününde PUMA projesini başlattı.
PUMA projesinin amacı, basitçe, antiparçacıkları ilk yolculuklarına çıkarmak. Bu ilk yolculuk, antiparçacıkları, oluşturuldukları tesis olan ELENA’dan, yalnızca birkaç yüz metre uzaklıktaki ISOLDE araştırma tesisine taşınması olacak. ISOLDE radyoaktif izotopları oluşturabilen bir tesis. Lakin bu tesiste üretilen nadir izotoplar o kadar hızlı bozunuyorlar ki onları taşımak neredeyse imkansız hale geliyor. Bu yüzden fizikçilerin en iyi seçeneği, antimaddeyi radyoaktif iyonların ayağına getirmek.
Eşsiz bir araştırma
Antiparçacıklar madde ile çabucak etkileşerek çok hızlı bir şekilde yok olmaya can attıkları için fizikçiler bu etkileşimleri yakından incelemek istiyorlar. Etrafımızda ve evrende en çok bulunan parçacılardan olan proton ve nötronların incelenmesi için kullanılacak olan antiprotonlar, tesisteki bu nadir izotopların yapısını inceleyecekler.
Üretilen radyoaktif izotopların fazladan nötronlara sahip olmaları onları hem çabuk bozunur hale sokuyor, hem de bu izotoplara ekzotik karakteristik özellikler veriyor. Örneğin bu izotopların yüzeylerinin fazladan nötron içermesinden dolayı sahip oldukları özellikler normal bir çekirdekten çok daha farklı. Ayrıca bu fazla nötronlar bazen, “Halo etkisi” (Türkçesi bundan böyle Hale etkisi) adı verilen bir fenomen sayesinde Lityum-11'de olduğu gibi, çekirdekte bulunmak yerine sanki bir elektronmuşçasına çekirdek etrafında bir yörüngeye yerleşiyorlar.
Fizikçiler antiprotonların proton ve nötronlarla hangi oranda etkileşime girerek birbirlerini yok ettiklerini gözlemleyip, bu oranlara göre bu parçacıkların çekirdek yüzeyindeki yoğunluklarını daha iyi anlamayı umuyorlar.
Yıldızları daha iyi anlamak
Nötron yıldızlarını anlamak için kullanılan radyoaktif çekirdekler sanki evrenin makro boyutunun mikro ölçeği gibiler. Antiparçacık deneyleri ile, Güneş kütlesinde olup yalnızca birkaç kilometre çapa sahip olan bu devasa yoğun yıldızları ve evrendeki ağır elementlerin oluşumunu anlamak için mükemmel bir şansa sahibiz. İzotop çekirdeklerindeki hale etkisini daha iyi anlarsak nötron yıldızlarını da anlamaya biraz daha yaklaşacağız.
Zorlu koşullar
Bu ağır görevde antiparçacıklar vakum içinde ve mutlak sıfırın yalnızca 4 derece üstünde tutulacaklar. 1 milyar antiparçacık kapasiteye ulaşacak olan kapan, yeni bir rekora da imza atmış olacak. Önceki teknolojilere oranla 100 kat daha fazla sayıda antiparçacığa sahip olan kapan aynı zamanda içindeki parçacıkları haftalarca saklayabilecek.
Bu kapanı gerçeğe dönüştürmek için 4 yıllık bir süre var. İlk denemeler 2022'ye planlandı bile. Eğer kapan çalışırsa fizikçiler antiparçacıkları ve dolayısıyla antimaddeyi çok daha uzak yerlere taşımaya başlayabilecek. Ne de olsa Dünya, CERN laboratuvarı etrafında dönmüyor. Yerküre üzerinde bu teknolojiye ihtiyaç duyacak birçok araştırma tesisi mevcut.
Dört yıl içinde yapılacak yeni çalışmalara şahit olabilecek olmak ne büyük bir fırsat! Ne de olsa evrenin kendisi gibi derin sorularını cevaplamaya bir adım daha yaklaşacağız...
Antimadde: Evrende çok az miktarda bulunan ve antiparçacıklardan oluşan maddenin bütünü. Normal madde ile etkileşmeleri sonucunda Einstein'ın E=mc2 kuralına göre yok olarak geriye genellikle foton salarlar.
Antiparçacık: Her bir temel parçacığın karşıt parçacığı. Normal parçacığın tam tersi elektrik yüküne sahiptir.
Antimadde kapanı: Antimaddeyi hapsetmek için elektrik ve manyetik alan kullanan yüksek teknolojik araçlar.
İzotop: Bir elementin normalden farklı sayıda nötron içeren formu.
Antiproton: Protonun karşıt parçacığı. Eksi yüke sahiptir.
Nötron yıldızı: Evrendeki en yoğun maddeler olarak bilinirler. Yüksek kütleli yıldızların ölümü sonucunda oluştukları düşünülmektedir. Nötron ismini almalarının sebebi ise, neredeyse tamamen nötrondan oluşmalarıdır.
Radyoaktif bozunma: Bazı kararsız atomların parçacık veya elektromanyetik ışık yayarak parçalanması.
Halo etkisi: Bazı çok nadir izotopların sahip olduğu düşünülen parçacık fiziği etkisi. Çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde nötronların dolanması. Bu izotoplar çok kısa ömürlere sahiptir ve çok kısa sürelerde daha küçük parçalara bozunurlar.
Kozmik ışınlar: Güneş sisteminin dışından gelen nötrino gibi çeşitli parçacık ve elektromanyetik dalgalar içeren maddenin tümü.
Çeviri: Deniz KAYA
Kaynaklar:
nature.com/articles/d41586-018-02221-9
futurism.com/cern-transport-antimatter/
cordis.europa.eu/project/rcn/212041_en.html