Binlerce yıldır evreni anlama ve açıklama çabasında bulunan insanoğlu 14 Mart 2013’te çok önemli bir haber aldı. Tüm bilim dünyası bu habere kilitlenmişti. Dünyanın dört bir yanında gazeteler aynı manşetleri atmıştı: “Tanrı Parçacığı bulundu!”. Peki 4 yıldan fazla zaman önce bulunduğu açılanan bu parçacık neyi müjdeliyordu? Bu parçacığın bulunması neden bu kadar önemliydi? Nasıl bulundu? Neden “Tanrı Parçacığı” deniliyordu? Modern bilimlerle ilgilenen arkadaşlar toplaşsın, medyada yer bulan ismiyle Tanrı Parçacığı, bilim dünyasının adlandırmasıyla Higgs Bozonu’nu tanıyalım.
Binlerce yıldır aynı soruyu soruyoruz: “Nereden geldik, nereye gidiyoruz?”. Yani etrafımızda gördüğümüz şeylerin maddesi ne? Madde nedir? Evet binlerce yıldır soruyoruz ancak soruyu yanıtlamamıza çok da fazla bir şey kalmadı. 18. yüzyılda elementlerin anlaşılmaya başlanmasının ardından atom tezi ortaya sürüldü. 20. yüzyılın başlarında atomun varlığı kesinlik kazanınca “E artık atomun da bir içine bakalım” dedik. “Madde nedir?” sorusunu ancak maddenin kökenine/parçacıklarına inerek cevaplayabilirdik nitekim. Parçacık fiziği bu şekilde ortaya çıktı. Amacımız maddenin temel yapı taşlarını keşfetmekti. Şimdiye dek keşfedilen 600 civarı parçacıktan bahsedebiliyoruz. Bugün maddeyi oluşturan temel parçacıklardan bahsederken Standart Model (SD) dediğimiz modeli kullanıyoruz. Çünkü atom altı parçacıkları bugüne kadar açıklayan en iyi teori olarak bu model var elimizde. Bu modele göre maddeyi oluşturan fermiyonlar ve bozonlar olmak üzere temel parçacıklarımız var. Bu parçacıkların etkileşiminde önemli olan da elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet olmak üzere 3 temel kuvvetimiz var. Toplamda 4 temel kuvvetimiz var ancak kuantum fizikçileri Newton’u pek sevmediği için onun kütle çekimi kadro dışı.(Ayıptır!) Newton da çok makro çalışmış yüksek enerji, atom altı falan uğraşamamış adamcağız ne yapsın. Neyse, bu temel parçacıklardan fermiyonları oluşturan da lepton ve kuark isminde atom altı parçacıklarımız mevcut. Kafa karışıklığı olmasın araya tanıdık isimler ekleyelim: leptonlardan serseri elektronu bilirsiniz, proton ve nötron olarak tanıdığımız ağır abileri de kuark dediğimiz parçacıklar oluşturuyor. Şimdi bütün bu bildiklerimizi ele alarak şu soruyu sorabiliriz; maddenin oluşumunu ve kütle kazanmasını sağlayan mekanizma nedir? İşte burada araya yazı başlığımız giriyor.
1960’lı yıllarda Peter Higgs isimli kuantum fiziğine merak salmış amcamız ortaya bir teori atıyor. Bu teorisine göre evrenin tamamına nüfuz etmiş bir alan var, bu alanı oluşturan parçacıklar var ve atom altı parçacıkların (fermiyonların) kütle kazanıp kazanmaması bu alanla ne kadar etkileşime girdiğiyle alakalı. Daha sonra Kuantum Fiziği bu amcamızın teorisini kabul ediyor ve deneylerine başlıyor. Bu alana Higgs Alanı diyoruz. Kuantum mekaniğine göre Higgs Alanı gibi alanlar da birçok parçacıktan oluşuyor. Bu alanı oluşturan ve fermiyonlara kütle kazandıran bozonlara da Higgs Bozonu diyoruz. Yani Higgs Alanı’yla etkileşime giren parçacıklar ne kadar yavaşlıyorsa süper yoğun bir enerji olan kütle de o kadar artıyordu.(Einstein’ın e=mc2 formülünü ve enerjinin kütleye dönüşümü yasasını bilmeyenler yazıyı okumayı bıraksın lütfen) Mesela kuantumda kütle kralı olan ve alanla çok fazla etkileşime giren üst kuark, çok az etkileşime giren elektrondan 350.000 kat daha fazla kütleye sahip. Ya da W Parçacığının kütlesi enerjisine oranla çok daha fazla iken fotonun(bildiğimiz ışık) enerjisi alana girmediği için çok yüksek ve kütlesi yok. İşte nasıl oluyor da bazı parçacıklar kütleliyken bazıları kütlesiz veya daha az kütleli ve bu kütleleri kazandıran mekanizma nedir sorusuna Higgs Bozonu cevap veriyor.
Peki iyi hoş diyoruz da bu Tanrı Parçacığı tanımı nereden geliyor? Aslında meselenin tanrıyla falan uzaktan yakından alakası yok. Bizim bu Peter Higgs amcamız bu teoriye o kadar kafayı takmış ki gecesini gündüzüne katarak bu parçacığı bulmaya çalışmış. Ancak bütün çabalarına rağmen parçacığı keşfedemeyince bir mektubunda “şu tanrının belası parçacığı da bulamadık gitti yauv” derken “goddamn particle” lafını kullanınca gazeteciler böyle alıp piyasaya sürmüşler. Sonra bütün dünyada Tanrı Parçacığı diye anılmaya başlamış. Velhasıl, Peter amcamız ve kuantum mekaniği bu parçacığın var olduğunu biliyorlar ancak bu parçacığı bulmak o kadar kolay olmuyor.
Kuantum fiziğine göre evrenin oluşumunu kavrayabilmemiz için en büyükten(galaksiler, yıldızlar) en küçüğe(atom, atom altı) doğru bir yolculuk yapmamız gerekiyor. Maddenin nasıl oluştuğuna dair yapılan bu yolculuğu anlamak ve maddenin içine, atom altına girebilmek için de parçacık hızlandırıcıya ve çok yüksek enerjilere ihtiyacımız oluyor. Bu ihtiyaçtan ötürü de Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi(CERN) olaya el atıyor ve 1998 ile 2008 arasında dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı(LHC)’nı inşa ediyor. Yerin 100 metre altında inşa edilen bu dev çarpıştırıcının hacmi 27 kilometre. Yani Yenikapı ile Atatürk Havalimanı arasındaki metro hattınının mesafesinde parçacıkları yüksek enerjilerle çarpıştırabiliyoruz bu aletle! Büyük patlamadan(13.8 milyar 231 yıl) günümüze kadar her şeyi bu aletle kavramaya çalışıyoruz. Yazımızın başına dönersek 2013’te yapılan deneyler sonucu çok yüksek enerjilere sahip iki protonun çarpıştırılması sonucu Higgs Parçacığı’nın kesin olarak keşfedildiği açıklandı.
Toparlarsak Higgs Bozonu, Standart Modeli deneysel olarak kanıtlaması bakımından çok önemli bir parçacık. Evrenin yapıtaşlarına dair bilgimizi biraz daha da genişletecek olması şimdiden heyecan verici. Ancak maddenin oluşumunu açıklamak için Higgs Bozonu yeterli değil elbette ve bu buluştan sonra da fizik dünyasının yapacak çok işi var.(simetri kırılması, sicim teorileri, genel görelilik vs.) Ayrıca sürekli maddeden bahsediyoruz lakin evrenin ve varsayılan toplam enerji yoğunluğunun yalnızca %4’ü var eden ve doğrudan gözlemlenebilir maddeden oluşuyor. Geriye kalan bölümün karanlık madde ve karanlık enerjiden oluştuğu ve gizemini hala koruyor olması da unutulmasın.