"İbret alasınız diye her şeyi çift çift yaratmışızdır" (Zâriyât sûresi, 49)
Eğer zıtlar ve zıtlıklar olmasaydı, referansımız ve ayırt etme yeteneğimiz nasıl çalışacaktı acaba ?
Görünür âlemdeki siyah-beyaz; ışık-karanlık; acı-tatlı; soğuk-sıcak...gibi.
Zıtlar, zıtlıklar, çiftler âlemindeyiz...
Zıtlar ve çiftler ki, kâinatın yapıtaşları, olmazsa olmazı, biribirinin mütemmin cüzleri...
Bilinen tüm zıtlar, çiftler, zıtlıklar birbirini tamamlayarak bir bütünü oluşturuyor ve biri olmadan diğerinin de olamayacağını anlatıyor değil mi, düşünebilme ve idrak etme yeteneğini kaybetmemiş olana !
Bitkiler ve hayvanlar aleminde çiftleri, zıtları görüyor, gözlemliyor biliyoruz da, atom altı parçacıklardaki çiftler ve zıtlar hakkında ne biliyoruz acaba ?....işte bu yazının konusu atomaltını fizik terim ve terminolojisi ile anlamaya, anlatmaya yönelik...
★
Fizik biliminde manyetik etkileşimden dolayı "zıt kutuplar birbirini çeker" ve "aynı kutuplar birbirini iter" kuralı/kavramları evrendeki etkileşim ve ilişkileri canlı ve sürekli kılmaktadır.
Gözle görülür makroskobik madde âleminde de bu manyetik etkileşimi bir çok sahada görmekteyiz, gerek elektriksel yük gerekse kütle çekimi kanun ve sabitlerinin altında bir çok olay cereyan etmekte değil midir...?
Bugünkü gelinen noktada mikroskobik âleme inildiğinde zıtları, zıt elektrik yüklerini, zıt parçacıkları, maddenin karşıtı anti-maddeyi fizik bilimi ayrıntılı olarak ortaya koymaktadır.
Eskilerde maddenin parçalanamaz en küçük parçacığı atom iken, sonraları atomun parçalanabildiği ve şimdilerde atomaltı parçacıklarının elektriksel yük zıtlıkları bir anlamda çiftleri, bugün bilimsel çalışmalarla gözler önüne serilmiştir.
Bugün üç grup(tip) atomaltı parçacık tanınıyor:
1-Leptonlar; muonlar ve nötrinolar.
2-Hadron, proton, nötron ve pionlar
3-Bozonlar; foton ve gravitonlar...
Kâinatta cari olan sistemin temel kuvvetlerinden elektromanyetik kuvveti fotonların, yerçekimi kuvvetini ise gravitonların taşıdığı düşünülüyor ki, bunlar atomaltı mesajcı parçacıklar olarak ifade ediliyor.
★
Werner Heisenberg’e 20. yy’ın en ilginç buluşunun ne olduğu sorulduğunda, 1930’larda öngörülen karşıtmaddenin keşfi olduğunu belirtmiştir. Buna göre her bir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü vardır ve buna antimadde adı verilmiştir.
"Fizik bilimine göre fotonun ve nötral pionun dışında bilinen her parçacığın bir karşıtparçacığı var."
Fizikçiler herbir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişler.
Sağ ve sol elinizi, parmakları aynı yöne bakacak şekilde üst üste getirmeyi deneyin. Getiremezsiniz ! Eldiven teklerini de aynı şekilde üst üste getiremezsiniz. Bir kere daha deneyin! Sağ ayağınızı sol ayakkabınızın tekine sokamazsınız. Buna ayna simetrisi denir.
Bir örnek daha: Dış görünüşü bakımından tamamıyla özdeş iki tür salyangoz kabuğu vardır; ama bunlar kabuklarını (evlerini) ayrı biçimde yapar: Birinin kabuğunun kıvrımı saat yelkovanının dönüşü yönünde iken ötekininki tersi yönündedir.
Glikozun izomerlerinden sağ ve sol dizilimli (ayna görüntüsü) olmak üzere iki türü (şeker) vardır, şeker yiyen iki tür bakteriden her biri bunlardan yalnızca birini yer.
Bu özellikte olan birçok organik molekül vardır.
Maddenin karşıtmaddesi olduğunun keşfi, doğada simetrinin önemi konusunda bizleri düşündürmektedir.
Ayna, insanoğlunun çok önemli buluşlarından olsa gerek. Yapışık ikizler de embriyolojinin çok önemli konularından biri.
Bir maddenin ikizi, önce atomlarında kendini gösteriyor. Bir elementin atomları birbirinin aynısıdır. Örneğin bir demir parçasında bulunan demir atomları hep aynıdır. Su moleküllerinin hepsi de tıpa tıp birbirinin aynıdır.
Karşıtmaddeye dönecek olursak; bir parçacığın karşıt parçacığı, parçacıkla aynı kütle ve spine sahiptir ve eğer kararsız ise aynı yarı ömre sahiptir. Sadece tek bir noktada birbirlerinden ayrılırlar: eğer varsa yükleri farklıdır. Spini ve manyetik momenti arasındaki yönelim veya ters yönelim de parçacıkla ters yönlüdür.
Zıtlara bir diğer misâl;
Elektron negatif, pozitron pozitif; proton pozitif, karşıt proton ise negatif işaretli. Nötron ve karşıt nötron ise yüksüz. Ama nötron, değişik yükteki üç kuarktan oluşuyor. Bu kuarklardan ikisinin yükü –1/3 diğerinin yükü ise +2/3'tür.
Evrenimizde görünen çok sayıdaki gökcisminin hepsi proton, nötron ve elektrondan oluşmuştur.
Bir şeyin gerçeği ile aynadaki görüntüsü arasındaki tek fark, sağ ve solun değişmesidir. Bunun sonucunda, tüm cisimler ve süreçler, sağ ve sol değişmelerine karşı eşit ihtimalle oluşmuşlardır. Bu mantıksal kural, çekirdek ve elektromanyetik etkileşmeler için deneylerle doğrulanmıştır.
Atomaltı dünya'da neler var neler ! ...
Parçacık ve karşıt parçacığın tek ve bir oldukları bazı durumlar da vardır: Işığın kuantumu, foton, böyle bir parçacıktır. Böyle olanların kendi karşıt parçacıklarıyla aynı oldukları düşünülür. Bu durumda elektrik yükü doğal olarak sıfır olmalıdır. Ama fotonun elektrik yükünün sıfır olduğu ifadesiyle, yüklü parçacıkların foton yayımladıkları (elektromanyetik ışıma) ifadesinin kafaları karıştırmamasına dikkat edilmelidir.
Bu ifadenin anlamı:
"ışığın kendisinin, ışığın kaynağı olamayacağıdır."
Doğal olarak parçacığın kütlesi parçacığın türüne bağlıdır; bu sıfır da olabilir. Böyle olması halinde parçacık her zaman ışık hızında hareket eder. Böylesi bir parçacığın başlıca örneği fotondur.
20.yy bilimin en büyük buluşu karşımadde...
Madde ve karşıt-maddesi tam olarak bakışımlıdır. Yani neredeyse özdeş ikizlerdir. Ancak tek bir noktada birbirlerinden ayrılırlar: yükleri karşıttır.
Bunların bir başka özelliği, birbirleriyle karşılaştıklarında birbirlerini yok etmeleri. Karşıt-hidrojen atomu, normal hidrojenle aynı fotonları yayar. Bizim yapımızda onlar yok. Bunlar iki şekilde dünyamızda bulunuyorlar: Birisi kozmik ışınlar uzayda bunları üretiliyor. Diğeri, Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi(CERN)’nde milyarlarca pozitron ve karşı-proton dolaşıyor. Gökadalardan gelen kozmik ışınlar ve hızlandırıcılar dışında ise karşı-maddeye (şimdilik) rastlamıyoruz.
Anti-madde ve maddenin bir başka özelliği, birbirleriyle karşılaştıklarında birbirlerini yok ederler; örneğin ışığa (fotonlara) dönüşürler.
Peki dünya dışında karşı-madde var mı?
Karşı-maddenin oluşturduğu bir yıldız varsa o da öbürleri gibi parlayacaktır. Görünüşe göre evrende karşı-madde son derece az olup evrende madde egemen.
Neden acaba?
Karşıt-madde vardı da yok mu oldu?
Buradan evrenimizin geçmişine bakabilir miyiz?
Evet dünyamızın bu özelliği onun çok kıymetli bir fosil olduğunu gösteriyor.
Bir elektronun olacağı yerde, yeni bir parçacık, pozitronun varlığı söz konusudur. Bu parçacığın elektronla ortak bir çok özellikleri olmalıdır: aynı kütle, kendi çevresindeki aynı dönüş.
Elektrik yükü ise mutlak değer olarak elektronunkine eşit ama manyetik özellikleri gibi ters işarette olmalıdır.
Pozitronun en dikkate değer özelliklerinden biri, bir elektronla çarpıştığı zaman kendini gösterir. O zaman elektron-pozitron çiftinin yok olma olayı ile karşılaşılır: İki parçacık, bir çift foton ya da bir foton üçlüsünü oluşturarak kaybolurlar. Kütlesi olan ve maddesel olan iki parçacık kaybolarak, fotonlar, yani ışıma oluşmaktadır. Ters tepkime de mümkündür: başka bir fotona rastlayan bir foton, bir pozitron-elektron çifti meydana getirebilir.
Sıcaklık 6 milyar dereceye yaklaşınca fotonların enerjisi artık çok sayıda elektronlarla pozitronların oluşmalarını sağlayacak kadar yüksektir. O zaman sürekli olarak, fotonların çarpışması elektron-pozitron çiftleri doğurur; buna karşı bir elektron ile bir pozitronun çarpışması yeniden fotonlar üretir, öyle ki, sistemin tümü denge halinde kalır, çünkü, yaratılan çiftler kadar, aynı anda, yok edilen çiftler de vardır. Daha yüksek sıcaklıklarda aynı olgu sürüp gider; ama bu kez artık yalnızca elektronlarla pozitronlar değil, belki de yeni elemanter parçacıklar da ortaya çıkar.
Fizikçi Richard Feynman, antimaddelerin zaman içinde geriye doğru hareket ettiğini göstermiş. Bir antimadde, zaman içinde geriye doğru hareket ederken, özellikleri önemli ölçüde tersine çeviriliyor. Örneğin, negatif yüklü bir elektron geçmişten geleceğe ya da geriye doğru gelecekten geçmişe hareket ettirmesi aslında artı yüklü bir parçacığın davranışıdır; yani zaman içinde geriye doğru hareket eden bir elektron bize artı yüklü görünecektir. Feynman’a göre bir pozitron, zaman içinde geriye doğru hareket eden bir elektrondur, dolaysıyla madde ve antimadde arasında zaman tersinmesi ilişkisi de vardır.
Feynman, Kuantum Elektrodinamiği'nde şöyle anlatıyor: “Şimdi diğer bir olaya bakalım. Bir foton ve bir elektrondan başlayıp bir foton ve bir elektronla bitirelim. Bir foton, bir elektron tarafından soğurulur, elektron biraz ilerler ve yeni bir foton ortaya çıkar. Bu sürece "ışığın saçılması" denilir. Burada özgün oluşlar söz konusudur. Örneğin, elektron bir foton soğurmadan önce diğerini salabilir. Daha da ilginci elektronun bir foton salıp, sonra zamanda geri giderek bir başka fotonu soğurarak zamanda yeniden ilerleyişidir. Böylesine “geriye doğru giden” elektronun yolu, laboratuvarda yapılan bir deneyde, gerçekmiş gibi görülebilecek kadar uzun olabilir. Geri giden bir elektron, ilerleyen zaman içinde gözlendiğinde olağan bir elektron gibi görünür; yalnız bu elektron olağan elektronlara doğru çekilir- dolayısıyla buna “artı yüklü” deriz. Bu tür elektrona pozitron denir. Pozitron, elektronun kardeş parçacığı ve bir “karşıt-parçacık” örneğidir. Bugün pozitronlar kolaylıkla yapılabilmekte (örneğin iki fotonun birbiriyle çarpıştırılmasıyla) ve haftalarca bir manyetik alanda saklanabilmektedir.
Bu olgu, yani karşıt parçacık olgusu, geneldir. Doğadaki her taneciğin zamanda ileri gitmek için bir genliği, dolayısıyla bir karşıt parçacığı vardır. Bir parçacık kendi karşıtıyla karşılaştığında birbirilerini yok ederek başka parçacıklar yaratır. Pozitron ve elektronların yok olmasından genellikle bir veya iki foton çıkar.
Peki fotonların durumu nedir?
Fotonlar zamanda ters yöne gittiklerinde, her bakımdan aynı görünürler; dolayısıyla fotonlar kendi kendilerinin karşıtı parçacıklarıdır.
Elektron ile zıt yönde giden foton belli bir anda birdenbire iki parçacığa ayrılıyor: bir pozitron ve bir elektron. Pozitronun ömrü fazla değildir: hemen bir elektrona rastlar ve bunlar yok olarak yeni bir foton yaratırlar. Bu arada baştaki fotonun daha önce yaratmış olduğu elektron da uzay zamanda yoluna devam eder.
Yüksüz kaon adı verilen bir parçacığın bozunumu madde ile antimadde arasında bir asimetri olduğunu gösteriyor. Bu da antimadde yansımasında bozukluk olduğunu kanıtlıyor.
Bir ilginç sonuçta şöyle; kaonun geçmiş ile geleceği ayırt edebilmesidir (çünkü antimadde tepkimeleri, zaman içinde geriye doğru hareket eden madde tepkimelerine denk geliyor). Yani makroskobik yönde görünen günlük hayattan bildiğimiz tersinmezliğe (bir bardağı kırmak,onu kırık parçalarından yeniden oluşturmaktan daha kolaydır) ek olarak bir de atomaltı zaman yönü var.
Elektron ve pozitron biraraya geldiğinde mutlaka birbirlerini yok etmeleri gerekmiyor. Birisi diğerinin yörüngesine girerek daha çok hidrojene benzeyen ve pozitronyum adı verilen bir pseudo-atom (sözde atom) oluşturabilir. Eğer elektron ve pozitronun spinleri antiparalel (toplam spin sıfır) ise, bu pozitronyumun 8 nanosaniyelik bir ömrü vardır. Eğer spinleri paralel ise (toplam spin 1),7 mikrosaniyeye yakın bir ömrü olur.
Hidrojen dediğimiz en basit atom, bir proton ve bir elektrondan oluşur. Proton, foton alışverişiyle elektronu yakın çevresinde dans ettirerek tutar. Birden fazla proton ve bunlara karşılık gelen eşit sayıda elektron içeren atomlar ışığı da saçarlar ki, havadaki atomlar güneşten gelen ışığı saçarak gökyüzüne mavi rengi verirler.
Bir diğer madde-antimadde melezi ise yüksüz pionlardır. Bu, pozitronyuma benzer bir şekilde gama ışınlarına bozunan mezondur (kuark-antikuark çifti) ve bu bozunmanın ömrü 10–15 saniyedir. Bu süre, pozitronyumunkine göre çok daha kısadır, çünkü kuarkları, dört temel kuvvetten biri olan güçlü kuvvetler birarada tutar. Birbirlerine yakın oldukları için kısa bir süre içerisinde birbirlerini yok etme şansları yüksektir.
Antiatomu yaratırken yaşanan sorunlar gözönüne alındığında, madde-antimadde melezlerini yaratmak daha kolay geliyor. Madde dünyası nasıl kararlı elementlerin olmasına izin veriyorsa, antimadde dünyası da anti-periyodik tabloyu (antihidrojen,antihelyum vb) içeriyor. CERN’deki fizikçiler,1996 başlarında az sayıda antihidrojen atomu yaratmayı başardılar. 3 haftalık süre içerisinde 9 antihidrojen atomu oluşturdular ve her biri; maddeyle çarpışıp oluştukları noktanın 10 metre uzağında birbirlerini yok etmeden önce yaklaşık 40 nanosaniye yaşadılar.
Bize yakın galaksilerde çok az antimadde olduğu görünüyor. Hızlandırıcılarda ve yüksek kozmik ışınlarla yaratılan antimadde parçacıkları dışında evren sanki yalnızca maddeden oluşuyor.
Sorular, sorular, sorular... !
Acaba bizim gözleyemediğimiz antimadde galaksileri var mı?
15 milyar yıl önceki büyük patlama sırasında madde ve antimadde oranı neydi?
Antiatomlar “yukarıya” mı düşer kendi kütleçekim alanına göre?
Bunlar, bilim adamlarının üzerinde çalıştığı kimi konulara sordukları sorular....
★
İnsan da dahil canlı ve cansızları kapsayan evrende ve dolayısı ile dünyamızda meğer sessiz ve derinde olagelen ne çok şey oluyormuş ve farkında değilmişiz...
Atomaltı parçacıklar, parçacıklar, parçacıklar...zıt yüklüleri de biraradalar...dengedeler !
Öylesine değil, tam tersi muntazam, mükemmel ve muazzam bir şekilde kurulu düzende olduğumuzu haykırıyor atomaltı âlemdeki parçacıklar !
Buna göre, yazının başında ifade ettiğimiz; "Zıtlar ve çiftler kâinatın yapıtaşları, olmazsa olmazları, biribirinin mütemmin cüzleri"dir sonucuna buradan ulaşamaz mıyız: “Zıtların birliği” mes'elesi !
★
Bir kaç zıtlığı daha ifâde edersek;
İyi-kötü, nazik-kaba, adil-zalim, melek-şeytan, mümin-münkir, hak-batıl, zahir-batın, ruh-beden, has-sahte, hayat-ölüm, lütuf-kahır, huzur-bunalım, tevazu- kibir, cömert-cimri, doğru-eğri....
Toplamda hepsi birarada !
______________
KAYNAK: