Temel Parçacık Fiziği: Nedir?

Fizik bilim dalı, günlük hayatımızda karşılaştığımız birçok doğa olayını en temel ve en basit geçerli ilkeler ve kurallar ile açıklamaya çalışmaktadır. Enerji, madde ve harekete dair tüm bağlantıları, metodolojik bir yaklaşım ile incelemektedir. Parçacık fiziği ise fiziğin bir alt çalışma dalıdır; madde ve radyasyonun en temel bileşenlerini ve aralarındaki bağlantıyı incelemektedir. Sıklıkla yüksek enerji fiziği olarak da adlandırılır, çünkü incelenmek istenen temel parçacıklar ancak yüksek enerjilerde ortaya çıkabilmektedirler.

pattern_high_energy_physics

Temel parçacık fiziği, büyük ölçekte doğayı incelemek yerine, etrafımızdaki tüm maddeleri, uzaktaki yıldızları hatta gökadaları oluşturan en temel bölünemeyen parçacıkları araştırmaktadır. Bilindiği üzere, 20. yüzyılın başlarında bilim insanları en küçük yapı taşı olarak atomları düşünüyorlardı. Fakat atom çekirdeğinin nükleer bozunumlar ile bölünebildiği anlaşılınca, çekirdek içinde bulunan +1 yüklü proton ve yüksüz olan nötron ile çekirdek etrafındaki elektron parçacığı, kimyacıların tüm elementleri içine koyduğu periyodik cetveli açıklamaya yeterliydi.

Ta ki, yapılan deneyler ile elektron ile aynı yüke sahip fakat elektrona kıyasla çok daha ağır ve müon adı verilen bir parçacık keşfedilene kadar... Bu parçacığın keşfi ile kozmik ışınlarda, daha sonra elektrik alanları ve manyetik alanlar kullanılarak yapılan hızlandırıcılar sayesinde birçok yeni parçacık daha keşfedildi.

Temel parçacık fiziği işte tüm bu keşfedilen parçacıklar arasındaki bağlantıyı, bu parçacıkları en basit kurallar ile tüm davranışlarını açıklamaya, daha temel parçacıklardan oluşup oluşmadıklarını, enerji, madde, uzay ve zamana en temelde neyin hükmettiğini açıklamaya çalışmaktadır.

Uzay ve zaman arasında en büyük ölçekten, en küçük ölçeğe kadar nasıl bir bağlantı olduğunu keşfetmeyi, matematiksel denklemler ve ilkeler oluşturmaktadır.

Bu soruların cevaplarını verebilmek için, parçacık fizikçileri evrenin en temel bileşenlerini bulmaya, onları kontrollü şekilde yaratıp, izole etmeye ve kimliklerini bulmaya çalışmaktadırlar. Bu amaç doğrultusunda, ilk yöntem hızlandırıcıları kullanarak temel parçacıklardan oluşan bir demet oluşturup, farklı materyallere çarpmasını ya da başka bir parçacık demeti ile çarpıştırılması sağlanarak, çarpışma sonucu ortaya çıkan son ürünleri ve parçacıkları incelemektir.

CERN ve Fermilab gibi laboratuvarlarda bu çarpıştırma deneyleri yıllardan beri yapılmaktadır. Çarpıştırma deneylerinin sonucunda birçok parçacık ortaya çıkmaktadır. Bu parçacıkların saçılma açıları, enerjileri ve momentumlarından, evreni ifade ettiği düşünülen olası teoriler sınanarak hangisinin doğayı daha iyi ifade ettiği anlaşılmaya çalışılıyor. Başka olası yol ise, doğal yoldan ortaya çıkan parçacıkları incelemektir. Örneğin; Güneş ya da Dünya atmosferine çarpan kozmik ışınlar, incelenerek içerisinde yeni parçacıklar ya da keşfedilmiş olanların sahip olduğu özellikler incelenmektedir. Bazı deneylerde madde ile etkileşmesi çok az olan neredeyse hayalet parçacıkların, çok büyük dedektörler içerisinde çok nadir görülebilen etkileşmeler yapması sağlanarak bu parçacıkların özellikleri ortaya çıkartılmaktadır.

high_energy_physics

Bilim insanları, tüm bu deneylerle oldukça karmaşık dedektör teknolojilerinden yararlanarak parçacıkların izlerini kaydetmektedirler. Parçacıkların tüm olası özelliklerini ortaya çıkartabilmek için, yeni teknolojiler geliştirmekte ve daha sonra bu teknolojileri insanlığın yararı için günlük hayatımızı kolaylaştıracak ürünlere dönüştürmektedirler. Parçacık fizikçileri, yer altında ve üstünde hatta uzayda bulunan teleskoplardan alınan verileri inceleyerek de temel parçacıkların, aralarındaki etkileşmelerin ve onlara hükmeden kuralların üzerinde çalışmaktadır.

Bir gün insanlık, bu evrenin nasıl var olduğunu, ona hükmeden en temel fizik kurallarının neler olduğunu, varlığımız için ihtiyaç duyduğumuz enerji probleminin çözümünü ya da  madde ve enerjiyi kendi yararına kullanmanın bir yolunu bulacaktır.

Nasuf Sönmez


Referanslar
1. <https://home.cern/about/physics>
2. <https://www.sciencedaily.com/terms/particle_physics.htm>
3. <http://home.cern>
4. <http://www.fnal.gov>

Nasuf Sönmez

Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölümünde çalışıyor. Nükleer Fizik ABD’da temel parçacıklar ve yüksek enerji fiziği konuları üstüne doktorasını 2012 yılında tamamladı. Parçacık fiziği, CERN ve CMS deneyi, jet fiziği ve parçacık dedektörleri gibi deneysel çalışmalar ile Süpersimetri ve yüklü Higgs gibi Standart Model ve Ötesi konularında kuramsal çalışmaları bulunmaktadır. Özel olarak, evren ve içindeki her şey, bilim tarihi, antropoloji, fotoğrafçılık, Arduino uygulamaları ile atasözleri ve deyimler ile ilgilenmektedir.

Nasuf Sönmez 3 makale yazdıNasuf Sönmez tarafından yazılan tüm makaleleri gör