Bilim İnsanları İlk Defa Nötrinoları Atom Çekirdeğinden Saçılırken Görüntüledi!

Bilim insanları, ilk kez nötrinoları atom çekirdeğinden saçılırken görüntülemeyi başardı!

Neredeyse 40 yıldan daha uzun süre önce öngörülmüş olan bu çalışma, fiziğin temellerini test etmemiz için yeni bir yöntem sağlıyor.  Çalışma, aynı zamanda bilim insanlarının, madde ile çok ender etkileşime giren ve bu sayede  çok rahat şekilde hareket edebilen sıradışı bir parçacık olan nötrinonun özelliklerini anlamasına da yardım edecek.

Science dergisinde yapılan buluş hakkında yayınlanan yazıda, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) Janet Conrad,  "oldukça büyük etkileri olacak" diyor ve şunları ekliyor: "Bulgular, parçacıkların nasıl davrandığını açıklayan standart modelin eksik noktalarını dolduruyor. Model nötrinoların çekirdek ile etkileşime girdiğini öngörmekte. Bu çalışma, ileride yapılacak standart model deneylerinde kullanılacak yepyeni bir ölçüm yöntemine kapı aralamakta."

Bilim insanları nötrinoları yalnızca, tek bir proton ya da nötron ile etkileşime girdiğinde gözleyebiliyordu. Ancak yeni dedektör, düşük enerjili nötrinonun, bütün bir atom çekirdeği ile girdiği etkileşim sonucu yaptığı saçılmayı ölçebiliyor. Saçılan nötrino, tepki olarak çekirdeğin hafifçe geri tepmesine sebep oluyor.

Duke Üniversitesinden işbirliği sözcüsü fizikçi Kate Scholberg, "çekirdekle olan etkileşimi ilk kez gözlemek çok heyecan verici" diyor. Ekibin adı ise COHERENT.

Geçmişte; nötrino avcıları, etkileşim yakalama ihtimallerini arttırmak için devasa dedektörler yapmak zorundaydılar (devasa dedektörler yapmaları gerekliydi çünkü etkileşimler çok nadir gerçekleşiyordu). Nötrino saçılmaları, yeni dedektörde eski yönteme göre daha sık gerçekleşse de, yine de oldukça ender gerçekleşiyor. Ancak saçılmaların daha sık olması, daha küçük bir dedektör ile yeterli sayıda etkileşim gözleyebilmeyi mümkün kılmakta. Bir sezyum ve iyodin kristalinden yapılan dedektör, yalnızca 15 kilogram ağırlığa sahip. "Bu ilk elde taşınabilir nötrino dedektörü. Bu dedektörü etrafta gezdirebilirsiniz!" diyor Chicago Üniversitesinden Juan Collar.

Ekip, dedektörlerini Tennessee'deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarındaki parçalanmış nötron kaynağına kurdu. Tesis, nötron patlamaları ve yan ürün olarak COHERENT dedektörünün bulabileceği enerjide nötrinolar üretmekte. Kristalin içerisindeki herhangi bir çekirdek, saçılma sebebiyle geri tepeceğinden, bir ışık parlaması oluşur. Bu parlama, ışık sensörleri ile yakalanır. Geri tepen çekirdeğin sinyali son derece küçüktür (adeta bowling topuna çarpan bir pin-pon topunun oluşturduğu etki gibi). Bu yüzden, bu etki şimdiye kadar hiç gözlemlenememişti.

"Saçılmanın miktarı, standart modelde öngörülen miktar ile uyuşmakta. Ancak bu testler hala geliştirilmekte." demekte Max Planck Enstitüsünden Leo Stodolsky.  "Öngörülerimizle gerçekten bir uyum içinde olup olmadığını görmek için daha detaylı çalışmalar bekliyoruz. Fizikçiler standart modelin yetersiz kaldığı bir bulgu ile karşılaşmayı umuyorlar. Bu sayede evrenin yeni sırları ortaya çıkabilir. Kesinliği daha yüksek testler, tutarsızlıkları ortaya çıkartabilir" diye de eklemekte. Cümlelerini ise "...ki bu son derece ilgi çekici olurdu." diyerek sonlandırıyor.

Nötrino saçılmaları hakkında yapılan çalışmalar, bilim insanlarının, son derece fazla sayıda nötrino yaydığını bildiğimiz süpernovalarda gerçekleşen süreçleri anlamasına da yardımcı olabilir. Bu yöntem aynı zamanda süpernovaları belirlemekte de kullanılabilir. Eğer yakınlarda bir yerlerde süpernova patlaması olursa, bilim insanları ondan gelen ve dedektörde yakalanan nötrinoları gözleyebilir.

Benzer şekilde, bu yöntem bilim insanlarının, evreni istila etmiş olan görünmez kütle kaynağı karanlık maddeyi tespit etmesine de yardımcı olabilir. Karanlık madde parçacıkları, atom çekirdeğinden aynı nötrino gibi saçılabilir. Yapılan çalışma, karanlık maddenin saçılmasının oluşturacağı geri tepmenin de gözlemlenebileceğini söylüyor. Hatta, çeşitli karanlık madde deneyleri, daha şimdiden çekirdeğin geri tepmesini ölçme çalışmalarına başladı. Ancak bu, yeni bir soruna kapı aralamaktadır. Karanlık madde dedektörleri daha hassas hale geldikçe, çekirdekten saçılan nötrinolar karanlık maddenin belirtilerinden baskın gelebilir.

Bu yeni dedektör, beraberinde pratik uygulamalar da getirebilir. Örneğin, nükleer reaktörlerde üretilen nötrinoları belirleyebilir ve gizli yürütülen nükleer silah geliştirme girişimlerini gün yüzüne çıkartabilir.

Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) 1974 yılında nötrinoların atom çekirdeğinden saçılabileceğini öngören Daniel Freedman, öngörüleri deneysel olarak kanıtlandığı için mutlu olduğunu dile getirdi.

Çeviren: Ege Can Karanfil


Referanslar
1. ScienceNews, "neutrinos seen scattering off an atom's nucleus for the first time"
<https://www.sciencenews.org/article/neutrinos-seen-scattering-atoms-nucleus-first-time>

Ege Can Karanfil

Ortadoğu Teknik Üniversitesi Fizik Bölümü öğrencisi. İlgi duyduğu diğer alanlar: Evrimsel biyoloji ve Matematik. Boş vakitlerinde amatör müzik ile ilgileniyor.

Ege Can Karanfil 23 makale yazdıEge Can Karanfil tarafından yazılan tüm makaleleri gör