“Bu istem [eşitlik], ya -özellikle ilk başta, örneğin köylüler savaşında durum budur- apaçık toplumsal eşitsizliklere karşı zengin ile yoksul, efendi ile köle, harvurup harman savuranlar ile açlık çekenler arasındaki karşıtlığa karşı kendiliğinden bir tepkidir; böyle bir tepki olarak o, yalnızca devrimci içgüdünün dışavurumudur ve doğrulanmasını da burada –yalnızca burada– bulur. Ya da burjuva eşitlik istemine karşı, bu istemden az çok doğru ve daha ileri giden istemler çıkaran tepkiden doğmuş bulunan bu istem, işçileri kapitalistlere karşı, kapitalistlerin kendi savları yardımıyla ayaklandırmak için bir ajitasyon aracı hizmeti görür ve bu durumda bu istem, burjuva eşitliğin kendisiyle ayakta durur ve onunla birlikte yıkılır. Her iki durumda da proleter eşitlik isteminin gerçek içeriği, sınıfların kaldırılmasıdır. Bundan öte bir eşitlik istemi, zorunlu olarak saçmadır.”

F. Engels, Anti-Dühring'ten

Higgs bozonu ve yeni fizik: genel bir bakış

CERN tarafından yapılan son açıklamalar Higgs Bozonunun bulunduğuna dair kuvvetli işaretler olduğuna vurgu yapıyor. Bulgu kesin şekilde doğrulanırsa (bu işlem bu yılın sonuna dek sürecek), Fizikte Kütle Problemi adı verilen çözülmemiş önemli bir problem daha çözülmüş olacak. Artık Yeni Fizik’ten bahsedeceğiz.
Bu yazıda, Higgs Bozonunun keşfine dek neler yaşandığına, hangi öngörülerin söz konusu edildiğine, bu konuyla ilintili tartışmalara ve teorilere kısaca değinmek de yarar var diye düşünüyorum. Popüler dergilerde ve günlük gazetelerde yer alan haber ve yorumları görünce meselenin doğru anlaşılması açısından bu tür yazılar zorunlu hale gelmektedir bence.
Bilim insanları, evrenimizin 14.9 milyar yıl önce büyük bir patlama (Big Bang) sonucunda oluşmaya başladığı konusunda hemen hemen hem fikirdir. Bugüne değin yapılan çalışmalar (teorik ve deneysel), başlangıca doğru evrenin oluşumunu anlamaya yöneliktir. Astrofizikçilerin diliyle söylersek, bu yönde atılan her ileri adım bizi evrenin başlangıcına bir adım daha yaklaştırmaktadır.
Fizikte çözülmeyen problemlerden biri Kütle Problemi diye bilinir. Kütle problemi derken şunu anlıyoruz: Evren oluşup soğumaya başladıktan sonra, Kendiliğinden Simetri Kırılması diye anılan bir durum sonucunda, kuvvetler ayrılmaya başladı ve bu süreçte W ve Z gibi bozonlar kütle kazanırken foton (ışık taneciği) kütle kazanamadı. Yani, fotonun durgun kütlesi sıfırdır. Bunun sebebi kısa bir zaman öncesine kadar bilinmiyordu. Bu konuda çeşitli görüşler vardı. Bu görüşlerden biri de, İskoçya’lı Fizikçi P. Higgs’e aittir: Evren, Higgs alanı diye anılan bir alanla doludur ve parçacıklar bu alanla etkileşerek kütle kazanır; dolayısıyla Higgs alanıyla çok etkileşen parçacıkların kütlesi büyükken, hiç etkileşmeyen parçacıkların kütlesi sıfırdır. Bu alanın da bir kuvvet taşıyıcısı olmalıdır: Higgs Bozonu!
Şimdi yukarıda anılan bazı olayları ve kavramları kısaca açıklamaya çalışayım izninizle. Fizikte, 4 temel kuvvetin var olduğu ileri sürülür: Kütle-çekim (gravitasyon), elektro-manyetik, zayıf ve güçlü. Kütle-çekimi, kütlesi olan tüm cisimler arasında söz konusu olup doğadaki en zayıf kuvvettir ve bu kuvvetin taşıyıcısı ise, graviton adı verilen parçacıktır. Elektro-manyetik kuvvetler daha çok atomik düzeyde söz konusu olanlar olup, bu etkileşmenin taşıyıcısı fotondur. Zayıf etkileşmelerin kuvvet taşıyıcıları ise, W ve Z bozonlarıdır. Bu bozonlar, yüklü (W artı, W eksi) ya da yüksüz (Z sıfır) olabilir, ama hepsinin kütlesi vardır. Kuvvetli (güçlü) etkileşmeler daha çok çekirdek içinde yer almakta olup, kuvvet taşıyıcıları glüon adı verilen parçacıklardır. S. Glashow adlı fizikçi, elektromanyetik ve zayıf kuvvetleri birleştirerek, elektro-zayıf kuvvetle ilintili şekilde elektro-zayıf teoriyi geliştirmiştir. Bu çalışma,  S. Weinberg ve A. Salam tarafından Higgs Mekanizmasının uygun şekilde eklenmesiyle, Standart Model’in kurulmasına yol açmıştır.
Parçacıklar sınıflandırılırken, ilk temel ayrım, bunların uyduğu istatistiksel yasayla ilintili şekilde yapılır: Fermi-Dirac İstatistiği (bu istatistiğe uyan parçacıklara fermion adı verilir. Fermionlar, yarım tam-sayılı ½, 3/2,… spine sahip olup, Pauli dışarılama ilkesine uyar), Bose-Einstein İstatistiği (bu istatistiğe uyan parçacıklara bozon adı verilir. Bozonların spini tam-sayıdır). Spin, parçacığın içyapısı ile ilgili bir kuantum sayısını ifade eder. Örneğin, elektronun iki spin durumunda olduğunu söyleriz: Yukarı ve aşağı (elektronun spini ½’dir.). Pauli ilkesine göre, tüm kuantum sayıları aynı olan iki fermion aynı durumda bulunamaz. Oysa bozonlar için böyle bir kısıtlama yoktur. Yani, binlerce bozonu aynı kuantum durumuna yerleştirebiliriz. Örneğin, lazerler yapılırken bozonların bu özelliğinden yararlanılmıştır.
Şimdi de Standart Model’den kısaca söz edelim: Standart Model (SM), kuantum elektro-zayıf ve kuantum renk dinamiği gibi iki teoriyi kuantum alan teorisi yoluyla birleştirerek, parçacıklar arasındaki tüm etkileşmeleri tanımlamaya çalışan teorinin adıdır. Bir anlamda, her şeyin teorisi diye de anılmaktadır. SM’nin öngörüleri CERN’de gerçekleştirilen deneylerle doğrulanmış durumdadır. Örneğin, Glashow, Weinberg ve Salam’ın öngördüğü Z bozonu 1973’te, W bozonuysa 1981’de keşfedilmiştir. Z bozonunun keşfi, 1979 Nobel Ödülü’nün bu üç fizikçiye verilmesini sağlamıştır. Bu modelde, üç lepton ve üç kuark kuşağı söz konusudur. Leptonlar: Elektron ve elektron nötrinosu, müon ve müon nötrinosu ile tau ve tau nötrinosu. Kuarklar: Yukarı (up) ve aşağı (down), tılsımlı (charm) ve garip (strange), üst (top) ve alt (bottom). Ayrıca, hadron adı verilen ve renk-yükü olmayan birleşik parçacıklar, mezon adı verilen ve bir kuark artı bir karşıt-kuarktan oluşan parçacıklar ile baryon adı verilen ve üç kuarktan oluşan parçacıklar da söz konusudur. Örneğin, proton ve nötron, birer hadrondur. Kuarklar, yarım tam sayılı yüklere sahip olup, glüon adı verilen aracı parçacıklar yoluyla etkileşir. Glüonların elektrik yükü yoktur, fakat renk yüküne sahip oldukları söylenir. Glüonlar kendi aralarında da etkileşir şüphesiz. Bu etkileşmeler, kuantum renk dinamğinin (quantum chromodynamics) inceleme alanına dahildir. Higgs Bozonu, SM’de önemli bir yere sahiptir. Kütleli olduğundan, kendisiyle de etkileşir. Higgs Bozonu, leptonların kütle kazanmasından da sorumludur diye söyleyebiliriz.
Yukarıda anılan parçacıkların kütleleriyle ilgili sayısal verilerden önce birimlerden söz etmek doğru olur diye düşünüyorum. Einstein’in ünlü E= kütle x ışığın hızının karesi (m çarpı c kare) formülünü hepimiz biliriz. Bu formül, m kütlesinin tümü enerjiye dönüştüğünde elde edilen miktarı anlatmaktadır. Örneğin, 1 gr kömürün tümünü enerjiye dönüştürürsek 1 gr çarpı 900 000 000 000 000 000 000 cmkare/saniyekare= 900000000000000000000(9 çarpı 10 üzeri 20) Erg kadar enerji elde ederiz. Dikkat edilirse, bu, epey yüksek bir enerjidir. Günlük yaşamda bunu kontrol edemiyoruz ne yazık ki. Bir diğer enerji birimi eV (elektro-volt)’dir. 1 eV= elektronu bir Voltluk potansiyel farkı altında ivmelendirmek için gerekli enerji: 1,6 çarpı 10 üzeri eksi 12 Erg ya da 1,6 çarpı 10 üzeri eksi 19 Joule. Yukarıdaki örnek için elde edilen enerji, bu durumda, 5,625 çarpı 10 üzeri 32 eV’dir. Ayrıca, eV’nin MeV, GeV, TeV ile gösterilen katları da yaygın şekilde kullanılır ( MeV= milyon kere eV, GeV= milyon çarpı milyon kere eV ve TeV= milyon çarpı milyon çarpı milyon kere eV.) Dolayısıyla 1 gr kömür tamamen enerjiye dönüştürülürse 5,625 çarpı 10 üzeri 20 TeV enerji söz konusu olacaktır. CERN ’de şimdiye dek en fazla 8 TeV enerjiye ulaşıldığını söylersem, bu enerjinin büyüklüğü daha açık görülecektir. Bu ünlü formülden yola çıkarak, kütlenin enerji/(ışığın hızının karesi) birimiyle ifade edilebileceği kolayca görülür. C ile gösterilen ve 300 0000 km/s olan ışığın hızını 1 alırsak, kütleyi GeV cinsinden, aksi durumda, GeV/ckare cinsinden ifade edebiliriz.
W bozonunun kütlesi 80 GeV ve Z bozonunun kütlesi 91 GeV şeklinde ölçülmüştür. SM’nin öngördüğü Higgs Bozonunun kütlesi için bulunan, fakat kesinleştirilmesi beklenen aralık 125-126 GeV’dir. Görüldüğü gibi, Higgs’in kütlesi, bilinen diğer bozonların kütlesinden epey fazladır. Bu sonucun kesinleştirilmesiyle birlikte SM’nin tamamlanacağını rahatlıkla söyleyebiliriz. Böylece, Einstein’nın da düşü olan temel fizik kuvvetlerinin birleştirilmesi (Büyük Birleşme Teorisi (BBT veya İngilizcede GUT) ve elektro-zayıf simetrinin nasıl kırıldığı da açıklanmış olacaktır. Higgs’in kütlesinin proton kütlesinin 133 katı olduğunu söylesem, şaşırır mısınız? Higgs ’in varlığı, yaptığı bozunumlardan yola çıkılarak anlaşılmaktadır. İki bozunma kanalından söz edilmektedir: İki fotona bozunma ve 4 leptona bozunma. Deneyler iki kanalda da yürütülmekte ve elde edilen sonuçlar sürekli şekilde karşılaştırılmaktadır.
Bu önemli buluşun gerçekleştirilmesi sırasında kütle-merkezi enerjisinin 8 TeV olduğunu tekrar belirtelim. Yani, proton ve karşıt-proton demetleri, çok yüksek bir hıza (0.99 çarpı ışığın hızı= neredeyse ışık kadar hızlı!) kadar hızlandırılarak çarpıştırılmaktadır. 2012 Aralık ayının sonunda kesin sonuç(lar) açıklanacak ve CERN adı verilen dünyanın en büyük ve en soğuk laboratuarı iki yıllık bakıma alınacaktır. Daha sonraki deneylerde 14-16 TeV’e kadar çıkılması hedeflenmektedir.
Bu önemli ve heyecan verişi buluşun, ayrıca, % 96’sını bilmediğimiz evrene ışık tutacağını da beklemekteyiz. Öyle ya: Evrenin bilebildiğimiz kısmı sadece % 4!
Higgs Bozonunun keşfi kütle sorununu anlamamızı sağladı, ama hala çözüm/cevap bekleyen soru/sorunlar var: 1. Gravite (kütle-çekimi) nasıl işlemektedir?, 2. Güçlü ve elektro-zayıf teoriler nasıl birleşecektir?, 3. Evrenin % 23’ünü oluşturduğu sanılan kara(nlık) madde (dark matter) nasıl anlaşılacaktır?, 4. Evrenin %72’sini oluşturduğu tahmin edilen kara(nlık) enerji (dark energy) nasıl anlaşılacaktır?, 5. Doğada neden çeşitli simetriler vardır?
Higgs’le bağlantılı olarak ortaya atılan spekülasyonlara da kulak vermemek gerekiyor: “Tanrı parçacığı” tanımı çok yanlıştır öncelikle. Olayın/deneyin böyle bir ilahi yönü yoktur. Deney sırasında kara deliklerin (black hole) oluşacağı ve böylece kıyametin başlayacağı gibi bilimsel bilgiye dayalı olmayan temelsiz iddiaların ne kadar boş ve yersiz olduğu da sanırım anlaşılmıştır. Bu yönde bilgi ve bilinç eksikliğine sahip bir toplum yapısının her türlü kandırmaca ve spekülasyona açık olduğu da görülmüş oldu böylece. Öyle bir hale geldik ki, kendine bilim insanı sıfatı yakıştıranlar, gazete ve TV haberlerini kanıt diye kullanmaktan çekinmediler.
Ülkemizde bu deney ve sonuçlarıyla ilgilenen bazı yazarlar, yanlış yorum/analiz yaparak, olayı çarpıtmaya çalıştılar. Bu yazarların önemli bir kısmının sol gelenekten geliyor olması, üzüntü katsayısını epey arttırdı bence. Kapitalizm (ya da emperyalizm) büyük paralar harcayarak ve toplumun kafasını karıştırarak, Newton ya da Einstein’ın Fiziğini yok etmeyi planlamış olabilir mi? Bu iddiaya ancak gülünür! Newton Fiziği hala günlük yaşamımızın fiziğidir. Düşük hızlar ve büyük nesnelerin dünyasını ancak Newton Fiziği yoluyla anlayabiliyoruz. Einstein’ın ortaya attığı Özel Görelilik Teorisi, yüksek hızlarda ve küçük boyutlardaki fiziği daha iyi anlamamızı sağladı: Göreli Mekanik (Göreli Kuantum Mekaniği), hızı ışık hızına yaklaşan küçük (çok küçük) nesnelerin dünyasını daha iyi anlamamızı sağladı. Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi, uzay-zamanı birleştirmemizi ve uzayın geometrisinin önemini anlamamızı sağladı: Enerji-madde, uzay-zaman artık birlikte kullanılmaktadır. Kısacası, fizikte yaşanan her gelişme, geliştirilen her yeni teori, atılan her ileri adım, genel resmin, dolayısıyla doğayı anlama sürecinin tamamlanması yönünde -doğal olarak- bir işlev gördü. Bilimsel gelişme ve değişme bir anlamda budur zaten. Somutlaştırmak gerekirse: Atomların dünyasını Newton Fiziği ile anlayamayız, bu sebeple Atom Fiziği var; çekirdek içi etkileşmeleri sadece Çekirdek Fiziği (Nükleer Fizik) Teorisi yardımıyla anlayabiliriz. Işık mikroskobuyla mikro dünyaya ait her şeyi görebiliyor muyuz? Elbette hayır. Elektronları görüntülemek istersek elektron mikroskobunu, atomları görmek/görüntülemek istediğimizde atom mikroskobunu kullanırız. Elektron mikroskobu var diye, ışık mikroskoplarını çöpe atmadık, atmayacağız elbette. İkisi de gerekli çünkü.
Higgs Bozonu (Mekanizması) ya da Yeni Fizikle bağlantılı felsefi tartışmalar yapılabilir, yapılmalıdır. Öncelikle konunun özünün doğru anlaşılmasına ihtiyaç vardır bence. Sorgulamaya şuradan başlayabiliriz sanırım: CERN gibi dev laboratuarlarda önemli buluşlara imza atılıp Yeni Fizik yaratılırken, Türkiye’de Temel Bilimlerle ilgili var olan enstitülerin kapatılması ya da sulandırılması girişimlerinin ahlaki/felsefi boyutu nedir? Temel Bilimler değersizleştirilip Fizik, Kimya, Biyoloji Bölümleri kapanma noktasına getirilirken, Temel Bilimciler ve Felsefeciler ne yaptı/ne yapıyor/neyi tartışıyor? CERN’de bu güzel buluşlarda imzası bulunan Türkiye’li Fizikçiler ne zaman yüksek sesle konuşmaya ve tartışmaya başlayacak? 24.07.2012

Kaynak: www.cern.ch.