Antimadde biraz daha ivme kaybetti.
Fizikçiler, doğadaki her temel parçacığın bir antiparçacığı, aynı kütleye sahip ancak yük ve spin gibi eşit ve zıt özelliklere sahip kötü bir ikiz olduğunu biliyorlar.. Bu ikizler karşılaştıklarında birbirlerini yok ederler ve temas halinde bir enerji cıvatası açığa çıkarlar.
Bilimkurguda antipartiküller warp sürücülerinin enerjisini sağlar. Bazı fizikçiler antipartiküllerin yerçekimi tarafından itildiğini, hatta zamanda geriye yolculuk yaptığını öne sürdüler.
Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’de yapılan yeni bir deney, bu spekülasyonlardan bazılarını Dünya’ya geri getiriyor. Antipartiküllerin de tıpkı bizler gibi bir çekim alanına düştüğü ortaya çıktı. Berkeley’deki California Üniversitesi’nden Joel Fajans, “Sonuç olarak bedava öğle yemeği yok ve antimadde üzerinde yüzemeyeceğiz” dedi.
Dr. Fajans, merkezi CERN’de bulunan ve Danimarka’daki Aarhus Üniversitesi’nde parçacık fiziği uzmanı Jeffrey Hangst tarafından yönetilen Antihidrojen Lazer Fizik Cihazları işbirliği olan ALPHA adlı uluslararası bir ekibin parçasıydı. Dr. Fajans ve meslektaşları yaklaşık 100 hidrojen antiatomunu bir araya getirdi ve bunları manyetik bir alanda askıya aldı. Alan yavaş yavaş kapanırken, anti-hidrojen atomları Ekim ayında akçaağaç yaprakları gibi, normal atomlarla aynı aşağı doğru ivmeyle veya g-kuvvetiyle aşağı doğru sürüklendiler: saniyede yaklaşık 32 fit/saniye. Sonuçlarını Çarşamba günü Nature dergisinde yayınladılar.
Sonuç yalnızca birkaç fizikçiyi şaşırttı. Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, maddenin ve enerjinin tüm biçimleri yerçekimine eşit tepki verir.
Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi’nden fizikçi Jonathan Wurtele, Kaliforniya Üniversitesi’nin Berkeley’deki duyurusunda şöyle konuştu: “Bu bölümün koridorlarında yürürseniz ve fizikçilere sorarsanız, hepsi bu sonucun hiç de şaşırtıcı olmadığını söylerler.” Üniversite. Dr. Fajans bu deneyi ilk kez on yıl önce önerdi. “Gerçek bu” dedi Dr. Wurtele.
“Fakat çoğu, asla emin olamayacağınız için deneyin yapılması gerektiğini de söyleyecektir” diye ekledi. “Tersi sonucun büyük etkisi olurdu.”
Ayna dünyası
1928 yılında, doğanın en şaşırtıcı matematik örneklerinden birinde fizikçi Paul Dirac, elektronu tanımlayan kuantum mekaniği denkleminin iki çözümü olduğunu buldu. Bir durumda elektron negatif yüklüydü; Bu parçacık kimyanın ve elektriğin beygir gücüdür. Diğer çözümde parçacık pozitif yüklüydü.
Bu ne tür bir parçacıktı? Dirac bunun proton olduğuna inanıyordu, ancak daha sonra atom bombasıyla ünlü olan J. Robert Oppenheimer bunun yepyeni bir parçacık olduğundan şüpheleniyordu: elektrona benzeyen ancak pozitif yüklü ve pozitif spinli bir pozitron. İki yıl sonra Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden Carl Anderson, kozmik ışın yağmurlarında pozitronları keşfetti ve bu ona Nobel Fizik Ödülü’nü kazandıran bir keşif oldu.
Ve böylece antimaddenin cazibesi doğdu. Atom çekirdeğinde baskın olan pozitif yüklü protonlar, negatif yüklü antiprotonlara karşıttır. Antielektronlara pozitron denir. Atom çekirdeğinde de bulunan nötronların antinötronları vardır. Protonları oluşturan kuarkların antikuarkları vb. vardır.
Prensip olarak, anti-varlıkların yaşadığı bütün anti-dünyalar olabilir. Şaka şu ki, eğer anti-benliğinizle karşılaşırsanız, o kişi tokalaşmak için sol elini uzatacaktır, ancak bunu kabul etmeseniz iyi olur, yoksa ikiniz de havaya uçarsınız.
Bilim insanları için antimaddenin çekiciliği, yalnızca garip isimlendirilmiş parçacıklar listesine eklenmesi değil. Onlara göre, antihidrojen atomlarını incelemek, antimaddenin tıpkı sıradan madde gibi görünmesi ve davranması gerektiğini söyleyen doğa hakkındaki en derin hipotezlerden bazılarını test etmenin ilk adımıdır.
20 yıldır, CERN’deki ALPHA grubundaki bilim insanları, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki çarpışmalardan yüksek enerjili antiprotonları emerek ve onları ışık hızından saniyede birkaç yüz fitlik hızlara ve 100°C sıcaklığa yavaşlatarak antimadde topluyorlar. Mutlak sıfırın yaklaşık 15 derece üzerinde. Antiprotonlar daha sonra, elektrik alanları tarafından kontrol edilen, karıştırma tuzağı adı verilen bir ortamda, radyoaktif sodyumun bozunması ile oluşturulan bir antielektron veya pozitron bulutu ile karıştırılır.
Evrendeki en basit ve en bol bulunan element olan normal hidrojen, pozitif yüklü bir proton ve negatif yüklü bir elektrondan oluşur. ALPHA deneyi birkaç antihidrojen atomuyla sonuçlanır: çekirdek bir antiprotondur ve bir pozitron onun yörüngesinde döner.
2002 yılında Dr. Bu antihidrojen atomlarının, tıpkı Einstein’ın öngördüğü gibi, normal hidrojenle aynı frekanslarda ve dalga boylarında ışık yaydığını ve emdiğini bekleyin. O zamandan bu yana, tamamı dolaylı olmak üzere pek çok deney, antimaddenin de normal yerçekimine sahip olduğunu güçlü bir şekilde ortaya koydu, dedi Dr. Fajanlar. Ancak bu deneyler sonuçsuz kaldı çünkü yerçekimi, antiatomları işlemek için kullanılan elektromanyetik alanların trilyonda birinden daha az güçlüydü.
Şişe karşıtı haberler
Son deneyde antihidrojen atomları, 10 inç uzunluğundaki metal bir kapta manyetik alanla sınırlandırıldı. Hidrojen gibi antihidrojen atomları kendilerine ait hafif bir manyetik alan taşıdıkları için bu şişenin duvarlarından sekerler.
Manyetik alanlar ayrıca yerçekimine karşı koymak ve şişedeki antihidrojen atomlarını askıya almak için de ayarlanabilir. Deneyde alanlar yavaş yavaş küçüldüğünde, atomlar sonunda alandan kurtuldu ve odanın duvarlarında bir anda kendilerini yok ettiler. İstatistiksel analizlere göre bu yıldırım düşmelerinin yaklaşık yüzde 80’i odanın altında meydana geldi. Bu, yerçekiminin tıpkı normal maddede olduğu gibi antiatomları aşağı doğru çektiğini gösteriyor.
Hidrojen ve anti-hidrojen arasında beklenen simetrinin herhangi bir ihlali, fiziği temelden sarsabilirdi.
Böyle bir şey olmadı dedi Dr. Würtele. “Bu deney, nötr antimadde üzerindeki yerçekiminin doğrudan ölçümünün yapıldığı ilk seferdir” dedi. “Bu, nötr antimadde bilimi alanının gelişiminde bir başka adımdır.”
Ancak sonuç bir gizemi daha cevapsız bırakıyor. Evreni yöneten iki çelişkili teori olan görelilik ve kuantum mekaniğine göre, Büyük Patlama’nın uzun zaman önce birbirini yok etmesi gereken eşit miktarda madde ve antimadde yaratması gerekirdi.
Ancak evrenimiz tamamen maddeden oluşuyor ve kozmik ışın yağmurları ve parçacık çarpıştırıcılarının çarpışmaları dışında neredeyse tek bir antimadde zerresi bile bulunmuyor. Peki ne oldu? Kozmos neden hiçbir şey değil de bir şey içeriyor? Bu soru neredeyse bir asırdır tartışılıyor.
Üç yıl önce Japonya’da nötrino olarak bilinen garip parçacıklarla yapılan bir deney, kozmik dengesizliğe dair bir ipucu ortaya çıkardı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında, LHCb adı verilen bir cihazın tamamı, kozmik dengeyi değiştirebilecek madde ve antimadde arasındaki farkları araştırmaya adanmıştır.
ALPHA deneyinin sonuçlarının LHCb ekibine herhangi bir fikir sağlayıp sağlamadığı sorulduğunda Dr. Wurtele: “Maalesef cevabımız normal yerçekimi ile tutarlı olduğu için herhangi bir ipucu sağladığını düşünmüyorum.” Bu, neden burada olduğumuzu hala bilmediğimizi söylemenin başka bir yolu.
Fizikçiler, doğadaki her temel parçacığın bir antiparçacığı, aynı kütleye sahip ancak yük ve spin gibi eşit ve zıt özelliklere sahip kötü bir ikiz olduğunu biliyorlar.. Bu ikizler karşılaştıklarında birbirlerini yok ederler ve temas halinde bir enerji cıvatası açığa çıkarlar.
Bilimkurguda antipartiküller warp sürücülerinin enerjisini sağlar. Bazı fizikçiler antipartiküllerin yerçekimi tarafından itildiğini, hatta zamanda geriye yolculuk yaptığını öne sürdüler.
Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’de yapılan yeni bir deney, bu spekülasyonlardan bazılarını Dünya’ya geri getiriyor. Antipartiküllerin de tıpkı bizler gibi bir çekim alanına düştüğü ortaya çıktı. Berkeley’deki California Üniversitesi’nden Joel Fajans, “Sonuç olarak bedava öğle yemeği yok ve antimadde üzerinde yüzemeyeceğiz” dedi.
Dr. Fajans, merkezi CERN’de bulunan ve Danimarka’daki Aarhus Üniversitesi’nde parçacık fiziği uzmanı Jeffrey Hangst tarafından yönetilen Antihidrojen Lazer Fizik Cihazları işbirliği olan ALPHA adlı uluslararası bir ekibin parçasıydı. Dr. Fajans ve meslektaşları yaklaşık 100 hidrojen antiatomunu bir araya getirdi ve bunları manyetik bir alanda askıya aldı. Alan yavaş yavaş kapanırken, anti-hidrojen atomları Ekim ayında akçaağaç yaprakları gibi, normal atomlarla aynı aşağı doğru ivmeyle veya g-kuvvetiyle aşağı doğru sürüklendiler: saniyede yaklaşık 32 fit/saniye. Sonuçlarını Çarşamba günü Nature dergisinde yayınladılar.
Sonuç yalnızca birkaç fizikçiyi şaşırttı. Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, maddenin ve enerjinin tüm biçimleri yerçekimine eşit tepki verir.
Berkeley’deki Kaliforniya Üniversitesi’nden fizikçi Jonathan Wurtele, Kaliforniya Üniversitesi’nin Berkeley’deki duyurusunda şöyle konuştu: “Bu bölümün koridorlarında yürürseniz ve fizikçilere sorarsanız, hepsi bu sonucun hiç de şaşırtıcı olmadığını söylerler.” Üniversite. Dr. Fajans bu deneyi ilk kez on yıl önce önerdi. “Gerçek bu” dedi Dr. Wurtele.
“Fakat çoğu, asla emin olamayacağınız için deneyin yapılması gerektiğini de söyleyecektir” diye ekledi. “Tersi sonucun büyük etkisi olurdu.”
Ayna dünyası
1928 yılında, doğanın en şaşırtıcı matematik örneklerinden birinde fizikçi Paul Dirac, elektronu tanımlayan kuantum mekaniği denkleminin iki çözümü olduğunu buldu. Bir durumda elektron negatif yüklüydü; Bu parçacık kimyanın ve elektriğin beygir gücüdür. Diğer çözümde parçacık pozitif yüklüydü.
Bu ne tür bir parçacıktı? Dirac bunun proton olduğuna inanıyordu, ancak daha sonra atom bombasıyla ünlü olan J. Robert Oppenheimer bunun yepyeni bir parçacık olduğundan şüpheleniyordu: elektrona benzeyen ancak pozitif yüklü ve pozitif spinli bir pozitron. İki yıl sonra Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden Carl Anderson, kozmik ışın yağmurlarında pozitronları keşfetti ve bu ona Nobel Fizik Ödülü’nü kazandıran bir keşif oldu.
Ve böylece antimaddenin cazibesi doğdu. Atom çekirdeğinde baskın olan pozitif yüklü protonlar, negatif yüklü antiprotonlara karşıttır. Antielektronlara pozitron denir. Atom çekirdeğinde de bulunan nötronların antinötronları vardır. Protonları oluşturan kuarkların antikuarkları vb. vardır.
Prensip olarak, anti-varlıkların yaşadığı bütün anti-dünyalar olabilir. Şaka şu ki, eğer anti-benliğinizle karşılaşırsanız, o kişi tokalaşmak için sol elini uzatacaktır, ancak bunu kabul etmeseniz iyi olur, yoksa ikiniz de havaya uçarsınız.
Bilim insanları için antimaddenin çekiciliği, yalnızca garip isimlendirilmiş parçacıklar listesine eklenmesi değil. Onlara göre, antihidrojen atomlarını incelemek, antimaddenin tıpkı sıradan madde gibi görünmesi ve davranması gerektiğini söyleyen doğa hakkındaki en derin hipotezlerden bazılarını test etmenin ilk adımıdır.
20 yıldır, CERN’deki ALPHA grubundaki bilim insanları, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki çarpışmalardan yüksek enerjili antiprotonları emerek ve onları ışık hızından saniyede birkaç yüz fitlik hızlara ve 100°C sıcaklığa yavaşlatarak antimadde topluyorlar. Mutlak sıfırın yaklaşık 15 derece üzerinde. Antiprotonlar daha sonra, elektrik alanları tarafından kontrol edilen, karıştırma tuzağı adı verilen bir ortamda, radyoaktif sodyumun bozunması ile oluşturulan bir antielektron veya pozitron bulutu ile karıştırılır.
Evrendeki en basit ve en bol bulunan element olan normal hidrojen, pozitif yüklü bir proton ve negatif yüklü bir elektrondan oluşur. ALPHA deneyi birkaç antihidrojen atomuyla sonuçlanır: çekirdek bir antiprotondur ve bir pozitron onun yörüngesinde döner.
2002 yılında Dr. Bu antihidrojen atomlarının, tıpkı Einstein’ın öngördüğü gibi, normal hidrojenle aynı frekanslarda ve dalga boylarında ışık yaydığını ve emdiğini bekleyin. O zamandan bu yana, tamamı dolaylı olmak üzere pek çok deney, antimaddenin de normal yerçekimine sahip olduğunu güçlü bir şekilde ortaya koydu, dedi Dr. Fajanlar. Ancak bu deneyler sonuçsuz kaldı çünkü yerçekimi, antiatomları işlemek için kullanılan elektromanyetik alanların trilyonda birinden daha az güçlüydü.
Şişe karşıtı haberler
Son deneyde antihidrojen atomları, 10 inç uzunluğundaki metal bir kapta manyetik alanla sınırlandırıldı. Hidrojen gibi antihidrojen atomları kendilerine ait hafif bir manyetik alan taşıdıkları için bu şişenin duvarlarından sekerler.
Manyetik alanlar ayrıca yerçekimine karşı koymak ve şişedeki antihidrojen atomlarını askıya almak için de ayarlanabilir. Deneyde alanlar yavaş yavaş küçüldüğünde, atomlar sonunda alandan kurtuldu ve odanın duvarlarında bir anda kendilerini yok ettiler. İstatistiksel analizlere göre bu yıldırım düşmelerinin yaklaşık yüzde 80’i odanın altında meydana geldi. Bu, yerçekiminin tıpkı normal maddede olduğu gibi antiatomları aşağı doğru çektiğini gösteriyor.
Hidrojen ve anti-hidrojen arasında beklenen simetrinin herhangi bir ihlali, fiziği temelden sarsabilirdi.
Böyle bir şey olmadı dedi Dr. Würtele. “Bu deney, nötr antimadde üzerindeki yerçekiminin doğrudan ölçümünün yapıldığı ilk seferdir” dedi. “Bu, nötr antimadde bilimi alanının gelişiminde bir başka adımdır.”
Ancak sonuç bir gizemi daha cevapsız bırakıyor. Evreni yöneten iki çelişkili teori olan görelilik ve kuantum mekaniğine göre, Büyük Patlama’nın uzun zaman önce birbirini yok etmesi gereken eşit miktarda madde ve antimadde yaratması gerekirdi.
Ancak evrenimiz tamamen maddeden oluşuyor ve kozmik ışın yağmurları ve parçacık çarpıştırıcılarının çarpışmaları dışında neredeyse tek bir antimadde zerresi bile bulunmuyor. Peki ne oldu? Kozmos neden hiçbir şey değil de bir şey içeriyor? Bu soru neredeyse bir asırdır tartışılıyor.
Üç yıl önce Japonya’da nötrino olarak bilinen garip parçacıklarla yapılan bir deney, kozmik dengesizliğe dair bir ipucu ortaya çıkardı. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında, LHCb adı verilen bir cihazın tamamı, kozmik dengeyi değiştirebilecek madde ve antimadde arasındaki farkları araştırmaya adanmıştır.
ALPHA deneyinin sonuçlarının LHCb ekibine herhangi bir fikir sağlayıp sağlamadığı sorulduğunda Dr. Wurtele: “Maalesef cevabımız normal yerçekimi ile tutarlı olduğu için herhangi bir ipucu sağladığını düşünmüyorum.” Bu, neden burada olduğumuzu hala bilmediğimizi söylemenin başka bir yolu.