Evreni aydınlatacak ‘karanlık güç’ aranıyor

Ian Sample*

Bilim insanları, bulunduğunda, evrenin gözlerimizden gizlenen bir alanına kapı açacak ‘karanlık bir güç’ konusunda çığır açıcı bir arama faaliyetine başlamak üzereler.

Söz konusu araştırma, çevremizde gördüğümüz alışıldık maddelerle, kozmosun büyük kısmını meydana getiren görünmez ‘karanlık kısım’ arasında bir köprü oluşturan yeni bir temel güç hakkında bir kanıt bulmayı amaçlıyor.

BULUNURSA FİZİK TARİHİNE GEÇECEK

Başarı şansı düşük olabilir ama eğer bu tür bir kuvvet bulunursa, fizik tarihindeki en dramatik keşifler arasında yer alacaktır. Fizikçilerin gözlemlenebilir evren üzerine geliştirdikleri en iyi gerçeklik teorisi, evrenin yalnızca yüzde 4’ünü açıklayabiliyor. Evrenin geri kalanıysa, karanlık maddeden, galaksilerin etrafından dolanıp duran tuhaf malzemelerden ve daha da şaşırtıcı olarak, evrenin sürekli hızlanan genişlemesini açıklamaya yarayan bir olgu olan gizemli karanlık enerjiden oluşuyor.

Roma Sapienza Üniversitesi’nde araştırmacı olarak çalışan Mauro Raggi, “Şu anda, evrenin yüzde 90’ından fazlasının nelerden meydana geldiğini bilmiyoruz,” diyor. “Şayet bu gücü bulursak, şu an sahip olduğumuz paradigmayı tamamen değiştirecek. Yeni bir dünyaya kapı açacak ve karanlık kısmı oluşturan parçacıkları ve güçleri anlamamıza yardımcı olacak.”

Fizikçiler, bugüne dek, doğanın yalnızca dört temel kuvvetini biliyorlardı. Elektromanyetik kuvvet, görüntülü ve cep telefonu aramalarına olanak sağlar; aynı zamanda oturduğumuz sandalyeden düşmemizi engeller. Güçlü nükleer kuvvet olmadan atomların kökenleri parçalanır. Zayıf nükleer kuvvet radyasyonla ortaya çıkar ve -doğadaki kuvvetlerin en yaygını olan– yerçekiminin bizi yere yapıştırmasını önler.

‘KARANLIK KISIM’DA BAŞKA GÜÇLER DE OLABİLİR

Öte yandan, fark edilmeden işleyen başka kuvvetler de var olabilir. Bunlar, karanlık maddeyi oluşturan bilinmeyen parçacıkların davranışlarını biçimlendirir ve potansiyel olarak daha aşina olduğumuz güçler üzerinde, en ince etkileri gerçekleştirebilirler.

Bu ay Mauro Raggi ve meslektaşları, Roma yakınlarındaki Ulusal Nükleer Fizik Enstitüsü’nde, doğanın muhtemel beşinci kuvvetini bulabilmek amacıyla tasarlanan bir aracı kullanmaya başlayacaklar. Karanlık Madde İçinde Pozitron İmha Deneyi adıyla (kısaca Padme) anılan araştırmada kullanılacak makine, bir milimetrenin onda biri kalınlığındaki bir elmas katmanın pozitron adı verilen bir anti-madde (karşı-madde) parçacığı akımıyla patlatıldığında neler olacağını kayda alacak.

Pozitronlar elmas katmana çarptığında, hızla elektronlarla birleşir ve zayıf bir enerji patlamasıyla yok olurlar. Çoğunlukla, açığa çıkan enerji, foton adı verilen iki ışık parçacığı formundadır. Öte yandan, şayet doğada beşinci bir kuvvet mevcutsa, farklı bir şey gerçekleşebilir. Çarpışmalar kimi zaman iki görünür foton üretmek yerine, “karanlık foton” diye adlandırılan tek bir parçacık serbest bırakabilir. Bu merak uyandırıcı varsayımsal parçacık, karanlık kısımda bir ışık parçacığının karşılığıdır. Karanlık bir elektromanyetik kuvvetin eşdeğerini taşır.

Normal ışık parçacıklarının tersine, Padme’de üretilen herhangi bir karanlık foton, makinenin algılayıcısı için görünmez olacak. Fakat bilim insanları, ortaya çıkan pozitronların enerjisini ve yönünü karşılaştırarak, üretilen şeyler vasıtasıyla görünmez bir parçacığın yaratılıp yaratılmadığını ve bir kütleye sahip olup olmadığını söyleyebilecekler. Normal fotonlar kütlesiz olsa da karanlık fotonlar böyle değil ve Padme, bir elektrondan 50 kat daha ağır olan karanlık fotonları arayacak.

ETKİSİ MUAZZAM OLABİLİR

Karanlık foton denen şey, eğer varsa, gördüğümüz dünyayı oluşturan şeylere ilişkin olarak muazzam bir etki yaratacak. Ayrıca, kütlesini ve ayrıştığı parçacık türlerini bilmek, bizlere, evrenin büyük kısmını algımızın ötesine taşıyan şey hakkında ilk fikirleri verecek.

Padme deneyi yılın en azından sonuna dek sürecek; ancak 2021’de Cornell Üniversitesi’ne taşınma amacını güden geçici planlar da var. Orada, karanlık foton arayışını genişletmek için İtalya’dakinden daha güçlü bir parçacık hızlandırıcıyla çalışabilirler.

Dünya genelinde karanlık fotonları arayan başka laboratuvarlar da var. Glasgow Üniversitesi’nde araştırma görevlisi olan Bryan McKinnon, ABD Virginia’da bulunan Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi’nde yürütülen araştırma dahilinde çalışıyor. “Eğer varsa, karanlık foton çok etkili bir kapı,” diyor. “Olan biteni görmemiz için karanlık kısma girmemize izin veriyor. Tüm kapıları açmayacak ama biraz da olsa bakmamıza olanak sağlayacak.”

Fizikçiler, karanlık sektörün ne denli karmaşık olabileceğine dair oldukça kısıtlı bir fikre sahipler. Belki de keşfedilecek yeni güçler yoktur. Belki de karanlık madde, tek başına yerçekimiyle şekillendirilebiliyor ve yalnızca tek bir tür parçacıktan meydana geliyordur. Yine de yeni türlerde görünmez parçacıklar ve kuvvetlerden oluşan ve keşfedilmeyi bekleyen çok daha zengin bir alan olabilir.

McKinnon’a göre, modern teorilerin karanlık fotonlar gibi egzotik parçacıklar hakkında boş bir alan bırakması, fizikçilerin onları aramak zorunda kaldıkları anlamına geliyor. “Karanlık sektöre ait kimi kanıtlar bulunması, fizik alanında gerçekten de çok büyük bir olay olur” diyor. “Şimdilik bu şekilde anılıyor; çünkü bunlar (ne olduğunu) anlamadığımız şeyler. Peki önümüzde herhangi bir kapı açılırsa da  karşımıza ne çıkar? Şu anda bunu yalnızca tahmin edebiliyoruz.”

2012 yılında Cenevre yakınlarında bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda Higgs bozonunun keşfedilmesinden beridir, parçacık fizikçilerini bu denli heyecan yaratan çok az şey oldu. Buna karşın, büyük tesislerden yeni bulguların elde edilemeyişi, potansiyel olarak devasa ödemeler gerektiren ve uzun süren deneyleri gerçekleştirmek için daha küçük laboratuvarlarda sürdürülen çabaları da artırdı. Şu halde, Padme’nin beşinci bir kuvvet bulması ihtimali nedir? Raggi, “Karanlıkta her açıdan çekim yapıyoruz” diyor. “Eğer çekim yapıyorsanız en azından bir şansa sahipsiniz demektir.”

*Yazının aslı The Guardian'da yayınlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)