Samanyolu’ndaki  “anti-madde”nin  çoğu  nasıl  sentezlendi…?  (How most antimatter in the Milky Way forms…?)

 

Anti-madde

(Kaynak: symmetrymagazine.org)

Bu  sorunun  cevabı, spacedaily.com’da, 22  Mayıs  2017  tarihinde  verilmiş…!

Avustralya  Ulusal  Üniversitesinin (Australian National University-ANU)  liderlik  ettiği  bir  uluslararası  astrofizikçi  grubu, Samanyolu  Gökadasında  mevcut  olan  anti-maddenin nasıl  oluştuğunu  açıklayacak  bilgiyi  elde  etmiş…

Bilim  insanları “anti-madde”nin  bilinen  maddeyi  oluşturan  parçacıkların “karşı” (anti)   parçacıklarından  oluştuğunu ileri  sürmekte…  Anti-madde,  bilinen normal  madde  ile  karşılaşınca, gama-ışını  salan  bir  enerji  patlaması  yaşanmakta; her  iki  madde  birlikte  yok  olmakta…!

Bir  elektron  ve  bir  pozitron (anti-elektron) birbiriyle  çarpıştığında iki  adet  foton  ışıması  yaparak birbirini  yok  eder… Bilim  insanları, bugüne  kadar, ayna-yansıması  hidrojen” (positronium)  adı  verilen  elektron-pozitron  çiftini (pozitronun  etrafında  dolanan  elektron ?)  ve “anti-helyumu”  deney  ortamında  üretebildi…

Anti-maddenin  var  olabileceğini,  ilk  olarak, İngiliz  Teorik  Fizikçi  Paul  Dirac, 1928’de tanıttığı denklemlerinde  ileri  sürdü…! Amerikalı  (deneyci) bilim  insanı Carl  Anderson, dört  yıl  sonra, kozmik  ışınlar  içinde pozitronu  keşfetti…

Bilim  insanları, 1970’ten  beri, Samanyolu  Gökadasının  iç  bölgelerinde gözlenen  kuvvetli  gama-ışını  kaynaklarını  anti-maddenin  varlığına  bir  işaret  olarak  görmekteydi… Ancak, anti-maddenin  nereden  geldiği (nasıl  sentezlendiği)  hususunda  bir  görüş  birliği yoktu…

ANU  araştırmacısı Dr. Roland Crocker  liderliğindeki araştırma  grubu, belirlenen  anti-madde’nin yıllarca  devam  eden  bir  süreçte  gerçekleşen, Beyaz  Cüce  birleşmeleri (convergence) sebebiyle  meydana  gelen  zayıf  “süpernova  patlamaları”  tarafından sentezlendiğini  ileri  sürdü…! (Beyaz  Cüceler… patlayan  küçük  yıldız  kalıntıları…)

Dr. Crocker’in  yaptığı  açıklamaya  göre, Samanyolu’nun  merkezindeki çok  büyük  kütleli  bir  Kara  Delik  ve varolduğu  düşünülen  Kara  Madde  (Dark  Matter) anti-madde  yaratan  kaynak  olmada  adaylığını  kaybetmiş  durumda…

Bu  araştırma  grubuna  göre, çarpışan  Beyaz  Cüce  ikilisi (binary  system) bu  anti-maddenin  kaynağı… İkili  yıldız  sistemlerinde, küçük  yıldız, sahip  olduğu  maddenin  önemli  bir  kısmını  sistemin  büyük  yıldızına  kaptırarak, Helyumdan  oluşan  bir  Beyaz  Cüceye  dönüşür…  Daha  büyük  yıldız  ise, Karbon  ve  Oksijence  zengin Beyaz  Cüceye  dönüşür…ikinci ve  yeni  yaşamına  başlar…!

Birbiri  etrafında  dolanan  Beyaz Cüceler gravitasyon  dalgaları  yayımlarken (bu  konu  bilim  insanlarınca  yeterince  açıklanamamakla  birlikte !)  enerji  kaybeder… Bu  sebeple,  birbirlerine  bir  spiral  yörünge  izleyerek  yaklaşırlar…Yeterince  yaklaşınca,  büyük  yıldız küçük  yıldızın  parçalanmasına  sebep  olur… Küçük  yıldızdaki  Helyum  büyük  yıldızın  etrafını  gazdan   bir  kabuk  gibi  sarar…Takiben,  meydana  gelen  bir  termonükleer  patlama (thermonuclear supernova) anti-maddeyi  sentezler…!

Anti-madde, bir  çok  “bilim-kugu” (science  fiction)  sinema/tv  filmine  de  konu  olmakta… Anti-madde  bombaları… Anti-madde  itkisiyle  ışık  hızından  daha  yüksek  hızlarla seyahat  eden  uzay  araçları…

İnsanlık  için  değerli  ve  faydalı  olabildiğini  izlediğimiz, tüm  bu  bilim-kurgu  sunumların  yanında,  bilim  insanları,  anti-maddenin  gerçek  yüzüne  de  ışık  tutmakta… Anti-madde  parçacıkları, normal  madde  parçacıklarına  çok  benzer  olmakla  birlikte, zıt  elektrik  yükü  taşımakta…zıt  yönde  dönmekte (spin)…

Bilim  insanlarına  göre, Evrende, Büyük  Patlamayı (Big Bang)  takiben, normal  maddenin  ve  anti-maddenin  eşit  miktarda  yaratılmamış  olması  bugünkü  varlığımızın  sebebi…! Algılayabildiğimiz  Evrenin  bir “eşitsizlik”  üzerine  bina  edilmiş  olması,  bir  açıdan, mizahi/ironik  bir  durum… (Bizler,  hâlâ, belki  de  hiçbir  zaman  var  olmayacak  bir  eşitliğin  peşinden  koşmaktayız…!)

Astrofizikçilere  göre, Büyük  Patlamayı  takiben, Evrende, ortaya  çıkan  her  bir  milyar madde-anti  madde  çifti  parçacığına  ilave  olarak  bir madde  parçacığı  daha yaratıldı… Kısaca, biraz, “asimetrik”  bir  durum…!

Bilim  insanları, kozmik  ışınlar  ve  yüksek  enerjili  parçacıklar  olarak, anti-maddenin, az  miktarda  da  olsa (metrekareye 1-100  parçacık),   Dünya  atmosferine  sürekli  olarak  yağmakta  olduğunu  düşünüyor… Ayrıca,  anti-maddenin  fırtına  bulutları (thunderstorm) üzerinde  oluştuğu  hususunda  gözlemler  de  yapıldı…

Daha  da  ilginci, muzun  her  yetmişbeş  dakikada  bir, bir  “Pozitron” salarak, anti-madde  ürettiğinin  belirlenmiş  olması…! Muzlar  bunu,  az  miktarda  içerdikleri, doğal  izotop  Potasyum-40  sayesinde  gerçekleştirir… Potasyum-40  bozunurken,  bu  süreçte, zaman  zaman, pozitron  açığa  çıkarır  (spit  out)… (Muz  yedikten  sonra  bir “rahatlama”  hisstmeniz  bu  yüzden…!)

Araştırmacılar, Potasyum-40  içeren  insan  vücudunun  da  pozitron  yayımladığını  söylüyor…! Ancak, bu  parçacıklar  çok  kısa-ömürlü…

Fermilab’daki parçacık  hızlandırıcısı Tevatron’da üretilen anti-madde sadece 15  nanogram  kadar… CERN’de  üretilen  ise bir  nanogram  kadar… Almanya’daki DESY  hızlandırıcısında  da  iki  nanogram  kadar  pozitron  üretildi…

Araştırmacılar, bunların  normal  madde  parçacıkları  ile  birleşmesiyle  ortaya  çıkacak  ısının  bir  fincan  kahveyi  kaynatmaya  ancak  yeteceğini hesaplıyor…!

Kısaca, bir  gram  anti-madde  üretmek  için  harcanması  gereken  enerjinin  maliyeti, bilim-araştırma  dünyasının karşılayamayacağı  kadar  çok  yüksek… Bu  sebeple,  uzaylılar  dahil, birilerinin  anti-madde  üreterek  Dünyayı  yok  etme  şansı  pek  yok…!

Anti-maddeyi  inceleyebilmek  için  bilim  insanlarının  önündeki  problem, onun  normal  madde  ile  temas  ederek  yok olmasının  önlenebilmesi… Pozitron,  anti-proton  gibi  elektrik  yüklü  anti-madde  parçacıklarını normal madde  ile  temas  etmeden elde  tutabilmenin  bir  yolu “Penning  Tuzakları” (Penning  Traps)… Küçük  birer  parça  hızlandırıcı  ile  kıyaslanabilir  olan  bu  ekipman,  içinde  oluşturulan elektrik  ve  manyetik  alanlar  sayesinde,  anti-madde  parçacıklarının ekipmanın  duvarına  temas  etmeden dolanmasını  sağlar…

Ancak, Penning  Tuzakları “Anti-hidrojen”  gibi, manyetik  alanlardan  etkilenmeyen,  nötr  parçacıklar  için  bu  görevi  yapamaz…!  Bunlar  için  çözüm  ise  “Loffe Tuzakları”dır  (Loffe Traps) … Bu  parçacıklar  tuzağın  içinde, manyetik  alanın  en  zayıf  olduğu  bölgede  toplanır…

Araştırmacılar, Dünyanın manyetik  alanının  da  anti-madde  tuzağı  olarak görev  yapabildiğini  belirledi… Dünyayı  saran  Van Allen  radyasyon kuşakları  içinde anti-protonların  varlığı  belirlendi…

Anti-madde  ve  madde  parçacıklarının kütleleri  aynı  olmakla  birlikte elektrik  yükü  ve  dönme  yönü (spin) açısından  farklılık  gösterir…

Atom-altı  parçacıklarının  Standart  Modeline  göre, kütleçekiminin  madde  ve  anti-madde  parçacıkları  üzerine aynı  etkiyi  göstermesi  gerekir… Ancak,  bu  durum  bugüne  kadar  doğrulanamadı…! Bunun  sebebi, üzerinde  deney  yapılacak  anti-maddenin bir  tuzak  içinde kolayca  tutulamaması, yavaşlatılması  amacıyla mutlak  sıcaklığa  yakın  bir  noktada  tutulamaması…

Bilim  insanları, neredeyse  kütlesiz  ve elektrik  yüksüz  olan ve  madde  ile nadiren  etkileşen  “Nötrino”ların, kendi  kendinin  anti-parçacığı  varsayılan (hypothetical) bir  sınıf  olan “Majorana  parçacıkları” olabileceğini  düşünüyor…!   Bilim  insanları, “nötrinosuz çifte  beta  bozunması” (neutrinoless double-beta decay)  gibi  deneylerle bu  görüşü  doğrulamaya  çalışıyor…

Bazı  radyoaktif  atom  çekirdekleri, iki  elektron  ve  iki nötrino açığa  çıkararak, peşpeşe  bozunur… Eğer  nötrinolar kendi  anti-parçacıkları  ise, ikili  bozunmada kendi  kendilerini  yok  etmeleri  ve  araştırmacıların  sadece  elektronları  gözlemesi  gerekir…

Bilim  insanları Majorana  Nötrinoların ağır  veya  hafif  olarak  ortaya  çıkabileceklerini  öngörmekte… Hafif  olanlarını  bugün  gözlemek  mümkün  olmakla  birlikte, ağır  olanların ancak Büyük  Patlamadan  hemen  sonra ortaya  çıkmış  olabileceği  düşünülüyor…

Bilim insanları, Majorana  Nötrinoların asimetrik  olarak  bozunabileceğini  varsayarak, bugünkü  Evreni  oluşturan “madde  kırıntısı  fazlalığı”nın bugünkü  Evrenin var  olmasını  mümkün  kıldığını  düşünüyor…

Fizikçilere  göre, Majorana  Nötrinoların “hafif”  veya  “ağır”  tipte mevcut  olmaları  mümkün… “hafif  tiptekiler”  bugün  mevcut  olanlar… “Ağır  tipte”  olanları  ise, ancak, Büyük  Patlamadan  hemen  sonra  var  olabildi…! Bu  “ağır”  Nötrinoların, ancak,  asimetrik  olarak  bozunmaları  mümkündü… Bu  bozunma  sürecinden  geriye  kalan “artık”  Nötrinolar bugünkü  madde-Evreninin (ve  bizlerin) oluşmasını  mümkün  kıldı…!

“Majarona  Fermiyon”lar  (Majarona  Parçacıklar)… aynı  zamanda, kendisinin  anti-parçacığı  da  olan, atom-altı  parçacıklar…!

Bu  türde  parçacıkların  varolabileceği, 1937’de, bilim insanı  Ettore Majarona  tarafından  ileri  sürülmüş… Bu  sözcük/terim, kendisinin  anti-parçacığı  olmayan   Dirac  Fermion’un  zıddını ifade  etmek  için  de  kullanılmış !

Nötrino  hariç  olmak  üzere, atom-altı  parçacıkların  Standart  Modelindeki tüm  fermiyonlar, düşük  enerji  seviyelerinde (elektro-zayıf  simetri kırılmasından sonra) Dirac  Fermiyonları gibi  davranmakta…

Bilim  insanları, Nötrino’nun  karakterinin Dirac  veya  Majarona  türünde  olup  olmadığını  henüz  belirleyemedi… Parçacıkların  ve  anti-parçacıkların elektrik  yüklerinin  mevcut  olduğu  dikkate  alındığında, Majorana  Fermiyonların yüksüz  (zero  charge) olacakları  varsayılıyor…

Bilim  insanları, “nötrinosuz çift  beta-bozunması”nı, ortaya  çıkan  nötrino ve  anti-nötrinonun  birbirini  hemen  yok  etmesi varsayımıyla açıklamakta…

Bilim insanları, nötrino  kütlesinin çok  küçük  olmasını onun  Majorana  Fermiyon  olmasıyla  açıklamakta… Kaynak  yazıda, Majorana Fermiyonların ilk “tunneling”  deneylerinden  beri, süperiletkenlerde,  quasi-parçacıklar  (Bogoliubov quasiparticles) olarak,  gözlendiği  söyleniyor…

Majorana  Fermiyonlarının  katı-durumdaki  (sold state)  malzeme  içinde mevcut  olduğu, deneysel  olarak, Oak Ridge National Laboratory /Max Planck Institute  araştırmacıları  tarafından 4  Nisan  2016  tarihinde  gösterildi…!

Anti-madde  parçacıkları,  bugün,  tıpta  da  kullanılmakta… PET (positron emission tomography) insan  vücudunun  ayrıntılı  görüntüsü  için pozitronları  kullanır… Muzda  olduğu  gibi, insan  vücudu  tarafından  doğal  olarak  kullanılan  glükoz (glucose)   gibi maddelere  bağlanan,  pozitron  ışıyan radyoaktif  izotoplar  kan  damarına  enjekte  edildiğinde, açığa  çıkan  pozitronlar vücut  içindeki  elektronlarla  karşılaştığında yok  olur (annihilate)… Bu  yok  olma  sürecinde  ortaya  çıkan  gama  ışınları insan  vücudunun incelenen  bölgesinin  görüntülerinin  oluşturulmasını  sağlar…

Bilim  insanları, Büyük  Patlamadan  hemen  sonra  ortaya  çıkan  anti-madde/madde  asimetrisi  problemini  çözmek  için, Büyük  Patlamadan  sonra, arta  kalan anti-maddeyi araştırarak  anlamaya  çalışmakta…

Uluslararası  Uzay  istasyonunda  bulunan Alfa manyetik  Spektrometre (Alpha Magnetic Spectrometer-AMS) bu  anti-madde  parçacıklarını  araştırmakta… AMS, içinden  geçen  kozmik  ışınlar  içindeki  madde  ve  anti-maddeyi  birbirinden  ayırmak  için manyetik  alanları  kullanmakta… Kozmik  ışın  çarpışmaları pozitron  ve  anti-proton  parçacıklarını  rutin  olarak  üretmekle  birlikte, bir  anti-helyum  atomunun  üretilme  olasılığının, gerektirdiği  çok  yüksek  enerji  seviyesi  sebebiyle, aşırı  derecede  düşük  olduğu  hesaplanıyor…!  Bilim  insanları,  bu  sebeple, bir  adet  anti-helyum  çekirdeğinin  gözlenmesinin (belirlenmesinin) bile, Evrenin  herhangi  bir  yerinde, çok  miktarda anti-maddenin  mevcut  olduğunun  düşünülmesini  mümkün  kılacağını  söylüyor…!

Bilim  insanları, madde/anti-madde  birleşmesiyle  çok  yüksek  seviyede  enerjinin  açığa  çıkacağı  gerçeğinden  hareketle, “anti-madde  roketi”  ile  itiş  gücü  sağlamanın uzay  yoculuklarında  kullanılabileceğini  düşünüyor… Bugün, ana  sorun, yeterli  miktardaki “anti-madde”nin  ekonomik  olarak  üretilebilmesinde / toplanabilmesinde…

 

 

Yararlanılan  Kaynaklar:

http://www.spacedaily.com/reports/Scientists_Solve_Mystery_of_How_Most_Antimatter_in_the_Milky_Way_Forms_999.html

http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2015/ten-things-you-might-not-know-about-antimatter

https://www.newscientist.com/round-up/antimatter-mysteries/

https://www.wikiwand.com/en/Majorana_fermion

 

 

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s