Fiziğin Evrimi ve Yeni Bulunan “Higgs Parçacığı”

4 Temmuz 2012 Çarşamba günü dört bin fizikçinin çalıştığıAvrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN'de, bir basın toplantısı vardı.  CERN Genel Direktörü Rolf Heuer toplantıda“...Evet, parçacığı bulduğumuzu söyleyebilirim. Bu küresel bir başarı. Bir keşifyaptık ve yeni bir parçacık bulduk. Tarihi bir dönemeçteyiz. Ancak bubaşlangıç. Hepimiz gurur duymalıyız. Gelecek için iyimser olmalıyız”açıklamalarını yapıyordu. Açıklama temel parçacıklara kütle kazandırdığı önesürülen ve “Tanrı Parçacığı” olarak da bilinen “Higgs Bozonu”  olarakadlandırılan  kütlesi proton kütlesinin125 katı olan  yeni bir atomaltıparçacığının bulunduğunu müjdelemesiydi. Bilim diline artık elektron, proton,nötron, nötrino, fermiyonlar, bozonlar, kuarklarla birlikte Higgs parçacığı da giriyordu. Parçacık fiziğindekibu yeni gelişme bilim  dünyasında büyükyankı buldu... Higgs Bozonu teorisini ilk kez 1964 yılında ortaya atan, 83yaşındaki fizikçi Peter Higgs ise gözleri dolarak, modelinden 48 yıl sonraparçacığın bulunmasına  “Bu hayatımdatanık olduğum en büyük olay” dedi. CERN'in araştırma direktörü SergioBertolucci “Sonuçların heyecanlandırmaması mümkün değil. Yeni parçacık, çokdaha fazla bilgi çıkarmamızı sağlayacak”, CERN araştırma grubunda bulunan Türk fizikçi Dr. Gökhan Ünel'in  “Unutulmaz günler yaşıyoruz. Torunlarımıza'İşte ben oradaydım' diyeceğim çok heyecanlı anlar yaşadım.” şeklindekiaçıklamaları basında ilk değerlendirmeler olarak karşımıza çıkıyordu. 

CERN'in kısa tarihi nedir? Dünyanın en büyük parçacık fiziğilaboratuvarı olarak 1954 yılında CERN'de kuruldu. 20 asil üye ve sekiz gözlemciülke barındıran kurumda 3000 destek personeli, 2500 fizikçi çalışmaktadır. 1956yılında ilk kez proton hızlandırıcısı ile araştırmalar başladı. 1961 yılındaTürkiye gözlemci olarak CERN çalışmalarına katılır. 1983 yılında UA1 ve UA2deneylerinde W ve Z bozonları CERN'de keşfedildi. 1993 yılında Higgs Bozonu,Nobel ödüllü fizikçi Leon Lederman tarafından “Tanrı Parçacığı” olarak adlandırıldı.Tanrı parçacığı ismi Standart Model'i popüler olarak anlatan bir kitapta PeterHiggs'in  “Åžu Allahın belası parçacık dabulunamadı gitti” espriyle söylenmiş bir söz üzerine zamanla yaygınlaştığırivayet ediliyor. 2011 yılında Bilim insanları büyük ihtimalle Higgs Bozonu'nunvarlığını belirlediklerini açıkladı. Temmuz 2012'de de CERN ekibi HiggsBozonu'nun varlığıyla ilgili izlere rastladıklarını açıklayarak Standart Modelkuramını doğrulamış oldu.

İnsanoğlunun içinde yaşadığı evreni, doğayı, maddeyi tanımamerakı, neden, nasıl, niçin? diyen soruları bilim tarihinin temelini oluşturur.1600'lü yıllara kadar tüm bilim dalları “felsefe” içerisinde yer bulurlardı. Budönemde deney ve deney sonuçlarının matematiksel yorumu yoktu, doğadakisüreçler “Aristo felsefesi” ile yani akıl yürütme ile yorumlanır vedeğerlendirmeler yapılırdı. 1600'lü yıllarda Avrupa Ortaçağ'ı yaşamaktadır.Köktenci Hristiyanlık tutuculuğunun yaşandığı, kilisenin egemen olduğu birdönemin adıdır ortaçağ. İlk kez Galile bu dönemde dünyanın kendi ekseni vegüneş etrafında döndüğünü ifade eder. Kilise engizisyonu tarafından yargılanır.İlerleyen süreçlerde Galile ile başlayan deney süreçleriyle fizik felsefedenbağımsızlaşır ve 1900'lü yılların başına kadar süren “Klasik Fizik Dönemi”  başlar. Bu dönemde “mekanik, optik,ısı-termodinamik, elektrik-manyetizma” en çok üzerinde çalışılan, yeni keşifleryapılan alanlar olur.  1800'lü yıllardaElektrik, Manyetizma konuları Elektromanyetizma kavramı ve Maxwell denklemleriile yeni karşılığını ve radyo, telsiz vb. keşiflerle de teknolojikuygulamalarını bulur. Klasik fizikteki bu gelişmelerin teknolojik karşılığıAvrupa'da “Sanayi Devriminin” yaşandığı bir dönem üretir. Bu dönem aynı zamandaişçi sınıfı, sendikalar ve 1789 Fransız Devrimi sonrası “Aydınlanma Düşüncesi,demokrasi, özgürlük” kavramlarını hayatımıza katar. Bilim ve teknolojidekigelişmeler toplumsal hayatta ve düşün dünyasında karşılıklarını bulur. 1897yılında atomun en önemli parçacıklarından elektronun keşfi yeni bir dönemeuzanan bilimsel süreçlerin arka arkaya sıralanmasına neden olur.

Klasik fizik;  doğayı,maddeyi, atomu açıklama ve yorumlamalarda 1800'lü yılların sonunda tıkanmaya,yetersiz kalmaya başlar. Işığın doğası nedir? Işığın bir maddeden elektronkoparması (fotoelektrik olay), bir ışının elektronla çarpışması (ComptonOlayı), Kara Cisim ışıması gibi olaylar artık klasik fizik yasalarıylaaçıklanamaz hale gelince Planck ve Einstein'in yasalarını ortaya koyduğu“Kuantum Fiziği veya Modern Fizik” dönemi 1900'lü yılların başında bilimdünyasına damgasına vurur. Kuantum Fiziği artık Newton Mekaniği yerine KuantumMekaniğini temel alır. Artık bir parçacığın davranışı dalga fonksiyonu ileifade edilebilir hale gelmiş, Heisenberg Belirsizlik ilkesi ile aynı zamandaiki fiziksel büyüklüğün doğru ölçümündeki belirsizlikler konuşulur halegelmiştir. Modern Fizik Dönemi aynı zamanda “Bilgi Çağı” olarak adlandırılır.Bilgisayarlar yaşamımızın en önemli enstrümanı haline gelir. Kuantum Fiziği ileile birlikte fiziğin bu evrimine uygun yeni felsefi yaklaşımlar da düşündünyamızda yer alır. Bu dönemde fizikte Katıhal Fiziği, Atom ve Molekül Fiziği,Özel ve Genel Relativite, Parçacık Fiziği, Süperiletkenlik, Nanoteknoloji vb.çalışma konuları karşımıza çıkmıştır.

Bu süreçte bilim dünyasının en çok tartıştığı konulardan biriside Evrenin nasıl oluştuğudur. Evrenin büyük patlama (Big Bang) ile oluştuğu vesonra soğuduğu öngörüsüne sahip olan Standart Model genel kabul gören birmodeldir.  Standart Model teorisi,evrenin ve içindekilerin tüm yapısını oluşturan parçacıkları açıklar. Yapılandeneyler dünyanın yaklaşık olarak 4,5 milyar, evrenin ise 13,7 milyar yıllıkbir geçmişlerinin olduğunu göstermektedir. Acaba ilk başlangıç nasıl oluştu?Standart Model teorik olarak birçok yeni parçacığın varlığının gerekliliğiniifade eder. “Higgs Bozonu” da bu parçacıklardan en önemlilerinden birisidir.Peter Higgs'e göre evren bir çeşit enerjiden doğdu ve bu enerjiye fizikte“Higgs Alanı” dendi.  “Her maddenin birkütlesi vardır. Büyük Patlama'dan öncesi madde ve kütle yoktu. Patlamadan birzaman sonra madde kütle kazandı. Maddeyi oluşturan parçacıklara kütlesini verenşey nedir? sorusunun yanıtı teorik olarak varsayılan  “Higgs Bozonu” açıklamasına dayanmaktadır vebu nedenle büyük öneme sahiptir. Higgs Bozonu “Higgs alanı”nın kendi kendisiile etkileşmesinden ortaya çıkar.  Higgsmekanizması denen şey, bu alanda gerçekleşiyor. Parçacıklar alandan geçerkenalanla etkileşime giriyor ve bu etkileşim derecesine göre parçacıklar farklıkütleler kazanıyor... Higgs Bozonu atomdan da küçük parçacıklar ama boylarındançok daha büyük işler başarıyorlar. Modele göre Higgs alanı tüm evreni dolduracakşekilde yayılmıştır ve parçacıklar bu alanlarla etkileşmeleri sonucu kütlekazanırlar. Bu sayede yıldızlar, gezegenler, dünya ve tabii, nihayetinde insanlaroluşabildi. Yüksek enerji parçacık fiziğinin amacı, görelilik ve kuantumteorilerinin ışığında, maddenin yapısını ve evrenin oluşumunu anlamaktır. LHC(Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) adı verilen düzeneklerde protonlarınçarpıştırılmasıyla yeni bilgiler edinilmeye çalışılmaktadır. 2010'da başlayançalışmalarla büyük patlamadan sonraki ilk anlar modellenmeye çalışılıyor. Sağlananbüyük enerji yoğunluğu ile enerji parçacıklara dönüşüyor. Standart Modelinöngörüleri bu deneysel yöntemlerle doğrulanıyor.  Higgs parçacığı modelin en önemliöngörüsü.  Higgs parçacığının varlığıyladiğer parçacıkların kütle kazandığını varsaymak modelin en önemli noktası.  Sonuçta Fizik, doğanın ve maddeninbilinmezliğine karşı arayışını sürdürüyor, bilinmezlikleri çözüyor.

Avrupa bu çalışmalarıyla hadron çarpışmalarına ara verenABD'nin önüne geçmiş bulunmakta. Bilime para aktarmaya devam eden Avrupa,CERN'de Higgs'i buldu. Uygarlık tarihine imzasına attı. Uygarlık, bilim, kültürve sanatla oluşabiliyor.  Bilimsel özgürlük,yaratıcılığın temelidir. O nedenle ülkemizde yaşamın her alanında akıl vebilimin temel alınması en önemli beklentimizdir.