Madde ve Antimadde Arasındaki Asimetriye Giriş Yapmanızı Sağlayacak Bir Yazı
madde antimadde asimetrisi, kendimi kapattığım yeni konu benim için
derler ki 13,8 milyar yıl önce big bang adını verdikleri bir patlama sonucu evrenimiz oluştu ve çok büyük miktarda enerji açığa çıktı. açığa çıkan bu enerji sayesinde parçacıklar oluştu (enerjiden parçacığa dönüşüm olayına “çift oluşum/ pair production” deniyor). parçacıklar da atomları… atomlar da seni, beni… düşündüğümüzde ne kadar şanslıyız yaşadığımız için.
oluşumumuzun detayına baktığımızda, big bang sonucu ortaya çıkan o enerjinin bir kısmı parçacıklara dönüşüyordu ya? hah, işte o esnada aslında parçacık çiftleri oluşuyor. bir parçacığa karşılık bir antiparçacık. bir maddeye karşılık bir antimadde. eğer böyle ise eşit miktarda madde-antimadde çifti bulunuyor demektir. buraya kadar tamam ama bir maddedin kendisinin antimaddesi ile birleşmesi bu çiftin yok olmasını sağlıyor. enerjiye dönüşüyorlar yani. örneğin elektronu ele alalım. antimaddesi pozitrondur. birleştiklerinde gamma ışını açığa çıkar. yani big bang'den bu yana çoktan tüm madde ve antimaddenin yok olmuş olması gerekiyordu. demek ki madde ve antimaddenin sayıları eşit değil evrende, ki evrenimiz antimaddeden çok madde içeriyor. bu durumda çift oluşum olayının asimetrik bir süreç olduğu öne sürülüyor.
o zaman şöyle düşünelim
her 100 antimadde parçacığı için 101 tane madde oluşmuş olsun. her bir durumda 1 tane madde artmış olacak ve bir miktar maddemiz olacak. antimadde ise kalmayacak. işte elde kalan bu bir miktar madde ise bizi, dünyayı ve evreni oluşturacak.
fizikçiler bu asimetrik sürece odaklanmaya başladılar. 1960'larda ise bir gözlem yaptılar.
öncelikle kaonların antikaonlara, sonra ise antikaonların kaonlara dönüşümlerini incelediler. gözlemledikleri şey ise bu sürecin her iki yönde eşit olmamasıydı. böylece dediler ki evren kaonları tercih ediyor, antikaonları değil. ama bu araştırma her şeyi kanıtlamak için yetmiyordu. sonrasında lhc'da ve japonya'da yapılan bazı gözlemler olmuş. 2021 haziran ayında lhc'de yapılan çalışma sonucunda tılsım mezonu ile ilgili yeni bir bilgi elde edilmiş. bu atomaltı parçacığın madde ve antimadde formları arasında rastgele geçiş yaptığını bulmuşlar.
bunun bir sonraki adımı ise kaon çalışmasında olduğu gibi değişimin belli bir yönde olup olmadığının açığa çıkarılması.
yapılan bu deneyler çok çok zor. çünkü antimaddeyi yaratacak bir teknolojiye sahip olmanın yanı sıra onu hayatta da tutmak gerekiyor. parçacık hızlandırıcılarda antimadde oluşturduktan sonra siz tam onu inceleyecekken, antimadde oluşur oluşmaz ya madde ile etkileşime geçip yok oluyor ya da başka parçacıklara dönüşüyor. antimaddeyi oluşturup sonrasında hayatta tutabilen cihaz icat etmek için çalışan bilim insanları, mühendisler de bulunmakta. özellikle 2021'de bu amaçla icat edilen bir cihaz mevcut.
diğer bir olasılık
evrende maddenin antimaddeden yüksek olmasının bir sebebi olarak yukarıda asimetrik çift oluşum sürecinden bahsettik. diğer bir olasılık olarak ise big bang'den sonra madde ve antimadde aynı sayıda oluşmuştur fakat birleşmeden bir sebepten ötürü aralarına mesafe girmiştir. iki ayrı küme gibi düşünebilirsiniz. bu durumda da biz madde kümesinde yaşıyoruz. antimadde kümesinde neler oluyor kim bilir? bazı fizikçiler de bu antimadde kümesinde neler var sorusuna takılmış. neler olabilir? antiyıldızlar olabilir mesela, antimaddeden oluşan galaksiler olabilir. antimaddeden oluşan galaksilerin maddeden oluşan galaksilerden farkının olmayacağını belirtmişler. normal madde galaksiler gibi görünür ve davranır. peki eğer böyle ayrı madde ve antimadde kümeleri varsa bunlar hiç mi çarpışmadılar bu zamana dek? diye merak eden fizikçiler de olmuş ve demişler ki eğer böyle bir çarpışma olduysa etrafa çok yüksek enerjili gamma enerjisi yayılmış olmalıydı. mutlaka.
o nedenle evrende maddenin antimaddeden baskın gelmesinin nedenini olarak asimetrik çift oluşum süreci olması daha akla yatkın görünüyor. yani evren gerçekten de maddeyi, antimaddeye tercih ediyor gibi.
ekleme: kuark'ların nasıl yok olduklarını da söylemek istedim. proton (2 yukarı kuark, 1 aşağı kuark) ve antiproton (2 yukarı antikuark, 1 aşağı antikuark) etkileştiklerinde bir kuark ve bir antikuark yok olur. geriye mezonlar kalarak etrafa dağılırlar. mezonda kararsız olduğundan bir müddet sonra bozunarak gamma ışını başta olmak üzere elektron, pozitron ve nötrinoyu oluştururlar.
kaynak, cern
kaynak
kaynak, stanford/slac
kaynak, pair production