Tanrı Parçacığı’nın Gazabı

2012 yılında CERN’de keşfi açıklanan Higgs bozonu (popüler ismiyle Tanrı Parçacığı), evrenin her noktasına yayılmış halde bulunan Higgs alanının var olduğunu göstermiştir.

Boşluğu dolduran bu alan parçacıklar ile etkileşerek onların kütle kazanmasını sağlamakla maddesel evrenin ortaya çıkışında önemli rol oynar. Ancak aynı Higgs alanı bu yapıcı rolünün yanı sıra evrenin topyekün imhasına neden olabilecek yıkıcı bir riski de beraberinde getirir.

Boşluk kavramı, modern fizik biliminin en ilginç konularından biridir. Atomların neredeyse tamamen boşluklardan oluştuğunu duymuşsunuzdur. Örneğin bir hidrojen atomunun yaklaşık %99.9999999999996’sı boşluktan ibarettir denir. Ancak bu ifade sizi yanıltmasın. Söz konusu boşluk, hiçliği ifade eden bir boşluk değildir. [1] Kuantum alan teorisine göre madde parçacıkları, kendilerine karşılık gelen kuantum alanlarındaki dalgalanmalar şeklinde tarif edilir. Örneğin bir elektron, bir bilye misali klasik anlamda bir parçacık olarak değil, fakat boşluğu dolduran “elektron alanında” gerçekleşmekte olan bir dalga şeklinde ele alınmalıdır. Dolayısıyla boşluğun içinde münferit parçacıklar düşünmek yerine boşluğu dolduran kuantum alanları ve bu alanlarda var olan dalga konfigürasyonları düşünmek daha doğru bir yaklaşımdır. Sözünü edebileceğimiz bir diğer alan türü ise kuvvet alanlarıdır. Örneğin negatif yüklü elektronlar ile pozitif yüklü atom çekirdeği arasındaki boşlukta etkin olan elektromanyetik kuvvet alanı vardır. Elektromanyetik kuvvet etkileşimi sayesinde atomlar birbirleri ile bağ yapar ve bu sayede kimyanın ve yaşamın var olması mümkün olur. O halde evren, büyük oranda boşluktan ibarettir deyip geçemeyiz. Söz konusu boşluk, evrenin gerçekliğini belirleyen çok sayıda ve değişik türde alanlarla doludur. Alanların dalgalanması demek, enerji taşıyor olmaları demektir. Dolayısıyla alanlara karşılık gelen belli enerji seviyeleri vardır. Kuantum belirsizlik ilkesi gereği kuantum alanlarındaki dalgalanmaları tamamen sıfırlamak imkânsızdır. Bu nedenle her alan için sıfır nokta enerjisi diye adlandırılan ve varılabilecek en düşük enerji seviyesini ifade eden değerler vardır. Sıfır nokta seviyesi, en düşük enerji seviyesi olduğundan dolayı herhangi bir sistemin en kararlı halde yaşamına devam edebildiği varlık durumunu ifade eder. [2]

Boşluğu dolduran alanlardan biri de Higgs alanıdır. Nasıl ki elektron alanının içinde gerçekleşen belli enerjide bir dalgalanma, parçacık kimliği formunda bir elektrona karşılık geliyorsa aynı şekilde Higgs alanında meydana gelecek belli enerjide bir dalgalanma, parçacık kimliği formunda Higgs bozonuna karşılık gelir. Higgs alanında gerekli enerji seviyesinde bir dalgalanma meydana getirerek bir Higgs bozonunun ortaya çıkmasını sağlayabilir ve geride bıraktığı izleri tespit ederek varlığını gösterebiliriz. Nihayetinde 4 Temmuz 2012’de CERN’de keşfi açıklanan Higgs bozonu, bütün evrene yayılmış halde bulunan Higgs alanının gerçekten var olduğunu kanıtlamaktadır. Parçacıklar, boşluğu dolduran alanlarla etkileşim içindedir. Elektrik ve manyetik alanlarla olan etkileşimler, etki ve sonuçlarına günlük hayatta hepimizin aşina olduğu örneklerdir. Parçacıkların Higgs alanı ile etkileşmesi ise kütle adını verdiğimiz karakteristik özelliğin ortaya çıkması sonucunu doğurur. Bu sonuç ile baktığımızda Higgs alanı, parçacıkların kütle kazanmasını sağlamakla maddesel evrenin ortaya çıkışında önemli rol oynar. Bu mekanizmayı daha iyi anlamak adına örnek olarak denizin derinliklerine dalmış bir dalgıcın oksijen maskesinden çıkan hava kabarcıklarını hayal edebiliriz. Kabarcıklar su yüzeyine doğru çıkmaya çalışırken etraflarını çevreleyen su ortamının direnci ile karşılaşır. Bu direnç onları yavaşlatır ve hareketlerini ağırlaştırır. Hareket değişimine karşı direnç, atalet kuralı ile tanımlanır ve atalet, kütlenin karakteristik özelliğidir. Sudaki kabarcıkların parçacıklara, su ortamının ise Higgs alanına karşılık geldiğini düşünürsek, benzer bir direnç ve yavaşlama etkisi kütlenin ortaya çıkması şeklinde tarif edilebilir. Dolayısıyla Higgs alanı ile etkileşerek kütle kazanan parçacıklar ışık hızının altına düşerken, bu alanla etkileşmeyen fotonlar ise kütle özelliği kazanmaz ve ışık hızında hareket eder. Parçacıkların kazandığı kütlenin büyüklüğü Higgs alanının karakteristiği ile ilişkilidir. Örneğin su kütlesinde yükselmekte olan hava kabarcıkları yerine bir kavanoz balın içinde yüzeye çıkmaya çalışan hava kabarcığını hayal edelim. Bal, suya kıyasla daha yoğun olduğundan ve bu nedenle daha büyük direnç meydana getireceğinden dolayı, baldaki hava kabarcığının yüzeye ulaşması sudakine kıyasla daha yavaş bir hareket ile gerçekleşir. Benzer bir mantığı Higgs alanına uygulayabiliriz. Su ortamından bal ortamına geçişi, Higgs alanının belli bir yoğunluktan başka bir yoğunluğa geçişi şeklinde düşünebiliriz. Bunun olması demek, Higgs alanı ile etkileşen parçacıkların kütle özelliklerinde değişimlerin yaşanması demektir.

O halde Higgs alanının enerji seviyesinde yaşanabilecek bir geçiş evrenin durumunu topyekün değiştirebilir. Peki böyle bir geçişin olması mümkün müdür? Yine su örneğine geri dönebiliriz. Su kütlesinin enerji seviyesindeki değişime paralel olarak karakteristik özelliklerinde ani değişiklikler meydana gelebilir. Örneğin soğumak suretiyle belli bir miktar buhar, suya dönüşerek yoğuşmaya maruz kalır. Bu olaya faz geçişi adı verilmektedir. Sistemler en kararlı hallerine gelebilmek için en düşük enerji seviyelerine erişme yolunda faz geçişlerine maruz kalabilir. Boşluğu dolduran enerji yüklü alanlar için de benzer bir beklenti söz konusudur. Çünkü boşluğun günümüzde sahip olduğu sıfır nokta enerjisinin, onun mümkün olan en düşük enerji seviyesinde olup olmadığını kesin olarak bilmiyoruz. Hatta yapılan hesaplar, boşluğun daha düşük ve dolayısıyla daha kararlı enerji seviyelerine inmesinin mümkün olduğuna işaret etmektedir. O halde bugünkü haliyle boşluk, stabil olmayan bir koşul altında bulunuyor olabilir. Boşluğu dolduran alanlar daha stabil bir hale erişebilmek için faz geçişleri yaşayabilir. Higgs alanının benzer şekilde daha düşük bir enerji seviyesine ineceği bir faz geçişi yaşaması mümkündür. [3] Evrenin herhangi bir bölgesinde böyle bir faz geçişinin yaşanması halinde ortaya çıkacak yeni düşük enerjili Higgs alanını ihtiva eden bir baloncuk meydana gelir. Oluşan baloncuğun içinde bulunan bütün parçacıklar bu yeni Higgs seviyesi ile etkileşeceğinden, baloncuğun dışında kalan parçacıklara kıyasla kütleleri binlerce, hatta milyonlarca kez artabilir. Baloncuk elbette olduğu yerde kalmaz ve ışık hızıyla genişleyerek faz geçişi bütün evrene yayılır. Kütlenin bu denli arttığı bir senaryoda evrendeki bütün madde kütle çekimi etkisi altında çok sıcak ve çok yoğun küçük bir noktaya çökerek sıkışır. Evrenin herhangi bir yerinde tam şu anda böyle bir faz geçişi başlamış ve bu süreç bize doğru genişliyor olsa, faz geçişi ışık hızıyla yayılacağından dolayı felaketin gelmekte olduğunu görmemiz dahi mümkün olmaz. Bu süreç sonunda evren boşluğu yeni bir kimlik kazanır. Evrenin ortaya çıkışının buna benzer bir faz geçişi ile izah edilmeye çalışıldığı modeller mevcuttur. [4] Evrenin karakteristiği boşluğa kodlanmıştır. Boşluğu anlamadan evreni anlamak mümkün değildir.

İleri okuma ve kaynak:
[1] Atomdaki boşluğun anlamı: http://evreningercekligi.com/blog/atomlardaki-bosluk
[2] Sıfır nokta enerjisi: Weinberg, S. Lectures on Quantum Mechanics, Cambridge University Press, 2012, s. 323.http://www.cambridge.org/us/academic/subjects/physics/theoretical-physics-and-mathematical-physics/lectures-quantum-mechanics
[3] Boşluğun stabilitesi: arxiv.org/abs/1306.3234 – Journal of High Energy Physics: Standard Model Vacuum Stability and Weyl Consistency Conditions. Oleg Antipin, Marc Gillioz, Jens Grund, Esben Mølgaard, Francesco Sannino.
[4] Arı, Vural. Rölativite’den Kuantum’a Evrenin Gerçekliği. İstanbul Bilgi Üniversitesi Yayınları, 2015. s.360-364 http://www.dr.com.tr/Kitap/Rolativiteden-Kuantuma-Evrenin-Gercekligi/Vural-Ari/Bilim/Populer-Bilim/urunno=0000000641909