181
Her Telden / Ynt: anne ve oğLu evLendi:@:@:@:@:@
« : Şubat 27, 2009, 10:26:26 ÖS »ya ben bi hocanın konuşmasında dinlemiştim.öz evladına ne anne ne baba o gözle bakamaz demişti
bakaar bakaaar
karakteri bozuksa yapcak bişi yok 
Haberler:
İletileri Göster
Bu özellik size üyenin attığı tüm iletileri gösterme olanağı sağlayacaktır . Not sadece size izin verilen bölümlerdeki iletilerini görebilirsiniz
bakaar bakaaar
karakteri bozuksa yapcak bişi yok
182
Forum Oyunları / Ynt: 3 aylık ömrünüzün kaldığını öğrenseydiniz ilk ne yapardınız?
« : Şubat 27, 2009, 10:17:27 ÖS »afyondan kurtulurdum biran önce evime giderdim
Ne şehirmiş bu afyonda be!
Guantanamo sanki 
183
Fizik / Ynt: Doğadaki 4 temel kuvvet ve Anti madde (karşıt madde)
« : Şubat 26, 2009, 10:35:19 ÖS »
Karşıtmadde Dünyası
Karşı-parçacıkların varlığı kuantum mekaniği ile özel görelilik kuramının ilkelerinin doğrudan matematiksel bir sonucu olarak öngörüldü. 1928'de Cambridge’den kuramsal fizikçi Paul Adriyan Mourice Dirac(1902-1984) bu iki fikir kümesini birleştirdi. Dirac Denkleminin iki çözümü vardı. Bir çözümelektronun davranışlarını tanımlıyordu. Diğer çözüm ise pozitif elektrikle yüklü bir parçacığı işaret ediyordu. Matematiksel olarak bu durum basit bir işlemle açıklanabilirdi. Kare kök dört kaçtır sorusunun iki yanıtı olduğunu bilirsiniz: Eksi 2 ya da artı 2. Dirac kuramına bilinmeyen bir parçacık sokmak istemediği içinbaşlangıçta o zaman için bilinen tek artı yüklü parçacık olan protonla özdeşleştirdi. Ancak kısa süre içinde bu pozitif parçacığın elektrondan iki bin kat daha ağır olan proton olamayacağını doğanın artı yüklü elektronlar içermesi gerektiğini tahmin etti. Dirac'ta deha belirtileri sık sık ortaya çıkardı.yine de "denklemim benden akıllı çıktı" demekten kendini alamamıştı.Çünkü "akıllı denklemin düşü" 1932'de gerçek oldu.
Pozitronun “Gözlenmesi”
Carl Anderson(1905-1991) 1932 yılında (aynı yıl Chadwick de nötronu keşfetmişti) pozitronu keşfetti. Anderson o zaman genç bir Cal Techfizikçisiydi. Genç dediysem atomaltı parçacıkları saptamak ve fotoğraflamak için bir “ Sis Odası” yapacak parlaklıkta bir gençten söz ediyorum.Bu keşfinden dolayı da 1936 yılında Nobel Ödülü’nü aldı. Anderson keşfini sis odasındaki elektron gibi davranan ama pozitif yüklü parçacıkların davranışını incelerken yaptı. Pozitif ve negatif yükleri ayırt etmek için onları bir manyetik alan içinde izlemek yeterliydi. Anderson deneyiyle elektron gibi davranan bazı parçacıkları pozitif yüklü olduğunu manyetik alandaki izlerinden anladı.
Karşı-proton da 1955’te Owen Chamberlain (d.1920) ve Emilio Gino Segrè (1905-1989) Clyde Wiegand ve Tom Ypsilantis ile birlikte Berkeley’de keşfedildi.
Bütün parçacıklar (yada maddeler) için benzer antiparçacıklar (yada antimaddeler) vardır. Parçacık ve antiparçacıklar işaretleri dışında tamamen benzerdirler. Örneğin bir proton elektriksel olarak pozitif ancak antiproton elektriksel olarak negatifdir. Her ikiside aynı kütleye sahip olduklarından kütleçekiminden benzer şekilde etkileşirler.
Bir parçacık ve antiparçacık karşılaştıklarında yok olurlar ve foton Z bozon yada glüonlar gibi yüksüz kuvvet taşıyıcıları ortaya çıkarırlar.
Bir antimadde parçacık uygun parçacık sembolünün üstüne bir çizgi çizilerek sembolize edilir. Örneğin proton (P) P+ şeklinde yazılıp p-çizgi olarak okunan bir antiparçacığa sahiptir. Bir protonun antiparçacığı antiproton bir elektronun(e-) antiparçacığı ise pozitron (e+) olarak adlandırılır.
Buradaki ilginç soru ise şudur:
Bir madde ve antiparçacığı tamamen eş ancak zıt işaretlilerdir. Öyleyse neden evrende antimaddeden daha fazla madde vardır?
Fizikçiler hala bu bilmeceyi çözmeye çalışıyorlar.
Leopold İnfeld (Einsteinla çalışmış ünlü fizikçi) pozitron için şöyle der: “Bir benzetiş olsun diye pozitronu kuantum kuramıyla görelilik kuramının yasal evliliğinden doğmuş çocuk olarak betimleyebiliriz.”
Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron proton nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler herbir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdi. Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron proton nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler her bir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdi Werner Heisenberg’e 20. yy’ın en ilginç buluşunun ne olduğu sorulduğunda 1930’larda öngörülen karşıtmaddenin keşfi olduğunu belirtmişti. Bu keşfin “zıtların birliği” felsefesinin bir öngörüsü ya da doğrulanması olmadığının altını çizmeliyim!
Fotonun ve nötral pionun dışında bilinen her parçacığın bir karşıt-parçacığı var.
Sağ ve sol elinizi parmakları aynı yöne bakacak şekilde üst üste getirmeyi deneyin. Getiremezsiniz ! Eldiven teklerini de aynı şekilde üst üste getiremezsiniz. Bir kere daha deneyin! Sağ ayağınızı sol ayakkabınızın tekine sokamazsınız. Buna ayna simetrisi denir. Pekala bir örnek daha: Dış görünüşü bakımından tamamıyla özdeş iki tür salyangoz vardır; ama bunlar evlerini ayrı biçimde yapar: Birinin kabuğunun kıvrımı saat yelkovanı yönünde ötekininki ters yöndedir. Doğa şaşırtıcıdır. Sağ ve sol olmak üzere iki tür şeker vardır ve ister inanın ister inanmayın şeker yiyen iki tür bakteri vardır ve bunlar yalnızca bu şekerlerden birini yer. Umarım artık inanmışsınızdır! Bu özellikte birçok molekül vardır. Bunun harika örnekleri de yalnızca kimyada (elbette organik kimyada) vardır.
Bu çok ilginç bir gerçek. Doğa hala bizden harika bizden yetenekli gibi görünüyor!
Karşıtmadde dünyasının keşfi doğada simetrinin önemi konusunda bizleri düşündürmeye başladı.
Ayna insanoğlunun çok önemli buluşlarından olsa gerek. Yapışık ikizler de tıbbın çok önemli konularından biri. Bir maddenin ikizi önce atomlarında kendini gösteriyor. Bir elementin bir çok atomu gerçekten birbirinin aynısıdır. Örneğin bir demir parçasında bulunan demir atomları hep aynıdır. Örneğin suda su moleküllerinin hemen hepsi tıpa tıp aynıdır. Oysa burada sözünü edeceğimiz karşıtmadde örneği çok farklı. Bir parçacığın karşıtparçacığı parçacıkla aynı kütle ve spine sahiptir ve eğer kararsız ise aynı yarı ömre sahiptir. Tek bir noktada birbirlerinden ayrılıyorlar: Varsa Yükleri farklı. Spini ve manyetik momenti arasındaki yönelim veya ters yönelim de parçacıkla ters yönlüdür.
Elektron negatif pozitron pozitif; proton pozitif karşıtproton ise negatif işaretli. Nötron ve karşıtnötron ise yüksüz. Ama nötron değişik yükteki üç kuarktan oluşuyor. Bunlardan ikisinin yükü –1/3 diğerinin yükü ise +2/3. Anti-madde ve maddenin bir başka özelliği birbirleriyle karşılaştıklarında birbirlerini yok ederler;örneğin ışığa (fotonlara) dönüşürler.
Yoksul İkizin Öyküsü
Evrenimizde görünen çok sayıdaki gökcisminin hepsi protonnötron ve elektrondan oluşmuştur. Bilimadamları antimaddeden (antiproton antinötron ve pozitron) oluşmuş bir galaksinin ya da tek bir yıldızın olmadığından emin görünüyorlar. Bu bir simetri eksikliği değil mi? Eveten azından şu anda böyle.
Karşıt-madde kavramı Leibniz’e 18.yy’a kadar gider. Leibniz Newton’un çağdaşdır ve ondan bağımsız diferansiyel ve integral hesabın keşifçisidir. İkili arasındaki tartışma aşağıdaki gibi anlatılabilir: Eğer bir cismi veya bir tür fiziksel süreci doğrudan doğruya veya aynada izlersek cismin veya sürecin doğrudan veya yansımış görüntüsünün hangisinin doğrudan hangisinin yansımadan görüldüğünü ayırt edemeyiz. Bir şeyin gerçeği ile aynadaki görüntüsü arasındaki tek fark sağ ve solun değişmesidir. Bunun sonucundatüm cisimler ve süreçler sağ ve sol değişmelerine karşı eşit olasılıkla oluşmuşlardır. Bu mantıksal kural çekirdek ve elektromanyetik etkileşmeler için deneylerle doğrulanmıştır.
İlk Karşıtparçacık: Pozitron
Bir parçacığı tanımlayan dalga fonksiyonu bir çeşit alan olarak düşünülebilir. Dalga fonksiyonu Schrödinger denklemine uyar.;ama bu denklem Newton’un klasik mekaniğinin kuantum mekanik bir yorumudur; özel görelilik çerçevesine girmez. Bu nedenle de Schrödinger denklemi göreli olmayan kuantum mekaniğini temsil eder. Peki kuantum mekaniğinin göreli bir biçimi var mıdır? Evet bu Dirac denklemidir. Bu denklem de dalga fonksiyonunu belirler. Ancak Dirac denklemi Schrödinger denkleminde bulunmayan birçok yeni özelliği içerir. Örneğin elektronların spin denilen bir özelliği vardır. . Dirac denklemi elektronun bu özelliğini kapsar. Bunu bir topacın kendi ekseni etrafında dönmesi ya da ışığın polarizasyonu gibi bir iç durumu temsil eder olarak düşünebiliriz. Her durumda spin elektronun içsel açısal momentumuna karşılık gelir ve büyüklüğü ancak Planck sabiti birimlerinde 1/2 yönü de yalnızca yukarı (+1/2) ve aşağı (-1/2) olabilir. Öte yandan neyin yukarı neyin aşağı olduğuna karar vermek ise tıpkı ışığın iki aaafi diaaa yöne polarizasyonuna karar vermek gibi aaafi bir şeydir.
Spin kuramı atom spektrumları gibi olguları açıklamak üzere Dirac’tan önce de yürütülmüş olmasına karşın spinin Dirac denkleminde kendiliğinden çıkması göreli kuantum mekaniği için büyük bir zaferdi. Dirac denkleminin diğer bir yeni sonucu “antielektronun” yani “pozitronun” varlığını tahmin etmesiydi.Karşımaddenin öngörülmesi ve gözlenmesi kuantum kuramının bir başka başarısıdır.
Dirac'ın bu kuramı elektron spininin (bir elektronun kendi ekseni çevresinde dönmesi) kaynağını ve manyetik momentini açaklamakta başarılı oldu. Dirac kuramında önemli bir zorlukla da karşılaştı. Denklemin iki çözümü vardı. Göreli(Rölativistik) dalga denkleminin negatif enerji halleri için çözümü gerekiyordu. Fakat negatif enerji halleri var olsaydı pozitif enerji halinde bulunan bir elektronun tepkime sırasında foton yayarak bu hallerden birine hızla bir geçiş yapması beklenirdi. Dirac bu zorluğu tüm negatif enerji seviyelerinin (durumlarının) dolu olduğunu söyleyen postülatıyla aşmayı başardı. Negatif enerji düzeylerini işgal eden bu elektronlar "Dirac denizi" olarak adlandırılır. Pauli dışarlama İlkesi Dirac denizindeki elektronların dış kuvvetlerle tepkisine izin vermediğinden elektronlar doğrudan gözlenemez. Bununla birlikte eğer bu negatif seviyelerden biri boş olsaydı ve dolu durum denizinde bir boşluk bıraksaydı boşluk dış kuvvete tepki verecek ve gözlenebilir olacaktı(Bu bir yarıiletkenin valans bandındaki boşluk davranışıyla benzerdir). Bu kuramın derinliğine ima ettiği: Her parçacığın bir de anti parçacığı olduğudur.
Antiparçacık ile parçacığın kütleleri aynı; ama yükleri zıt işaretlidir. Örneğin elektron ile pozitron parçacık ve antiparçacıktır; bunların kütleleri aynı ama yükleri zıt işarettedir.
Ancak parçacık ve karşıtparçacığın tek ve bir oldukları durumlar da vardır: Işığın kuantumu foton böyle bir parçacıktır. Bunların kendi karşıtparçacıklarıyla aynı oldukları düşünülür. Bu durumda elektrik yükü doğal olarak sıfır olmalıdır. Ama fotonun elektrik yükünün sıfır olduğu ifadesiyleyüklü parçacıkların foton yayımladıkları (elektromanyetik ışıma) ifadesinin kafaları karıştırmamasına dikkat edilmelidir. Birinci ifadenin anlamı ışığın kendisinin ışığın kaynağı olamayacağıdır. Doğal olarak parçacığın kütlesi parçacığın türüne bağlıdır;bu sıfır da olabilir. Böyle olması halinde parçacık her zaman ışık hızında hareket eder. Böylesi bir parçacığın başlıca örneği fotondur. Kütleçekiminin kuantumu henüz gözlenmemekle birlikte bu türden bir parçacık olması beklenir.
Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron proton nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler herbir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdir.
Kayıp Maddeye Ne Oldu?
20.yy bilimin en büyük buluşu karşı-madde. Madde ve karşıt-maddesi tam olarak bakışımlıdır. Yani neredeyse özdeş ikizlerdir. Anack tek bir noktada birbirlerinden ayrılırlar: yükleri karşıttır. Bunların bir başka özelliği birbirleriyle karşılaştıklarında birbirlerini yok etmeleri.
Karşıt-hidrojen atomu normal hidrojenle aynı fotonları yayar.. Bizim yapımızda onlar yok. İki şekilde Dünyamızda bulunuyorlar: Birisi kozmik ışınlar uzayda bunları üretip duruyor. İkincisi de Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi(CERN)’nde milyarlarca pozitron ve karşı-proton dolaşıyor. Gökadalardan gelen kozmik ışınlar ve hızlandırıcılar dışında karşı-madeye rastlamıyoruz. Dünya dışında karşı-madde var mı? Karşı-maddenin oluşturduğu bir yıldız varsa o da öbürleri gibi parlayacaktır. Görünüşe göre evrende karşı-madde son derece az. Evrende madde egemen. Neden acaba? Karşıt-madde vardı da yok mu oldu? Buradan evrenimizin geçmişine bakabilir miyiz? Evet dünyamızın bu özelliği onun çok kıymetli bir fosil olduğunu gösteriyor. Göreceğiz.
Elektronlar ve Pozitronlar
Elektronlaratomun keşfedilen ilk temel parçacığıdır. Bir elektronatomun kopmuş bağımsız ise kendisini parçacık olarak ortaya koyar;ama hiçbir deney ona uzayda bir boyut göstermeye olanak vermez ve bu parçacık her bakımdan bir nokta gibi davranır. Onun bütün elektronlar için aynı olan iyice belirlenmiş bir elektrik yükü vardır. Bu kadar küçük bir parçacık günlük kavramlarla anlatılamazonun bütün özelliklerini anlamak için kuantum kuramına başvurmak zorunluluğu vardır. Kuantum kuramıbaşlangıçta elektronların incelenmesine uygulandı. Böylece yavaş yavaş elektronların bir atom çekirdeği çevresindeki dağılımlarınıhareketlerindeki enerjinin ne olduğunubir hareket konumundandaha az enerjisi olan başka bir hareket konumuna geçtiklerinde nasıl fotonlar saçabildiklerini anlayabildik. 1927’de Amerika’da Davisson ve Germer İngiltere'de ise G.P.Thomson kristallerden saçılan elektronların kırınım gösterdiklerini buldular. Böylece Broglie’nin hipoaaaini birbirlerinden bağımsız olarak doğruladılar. Hareketli cisimlerin dalga özelliği dolaysız olarak doğrulanmış oldu. Böylece atomların özelliğinden hareket ederekfiziğin temelinin yeni baştan kurulduğu görüldü. Elektronların fotonlar yayması türlü maddelerin çıkardığı ışığın tayflarını açaklamaya olanak sağladı ve bu çok ayrıntılı bir biçimde uygulandı. Elektronların atomlardaki ve moleküllerdeki dağılımının bilinmesikimyanın temel taşı oldu. Böylece atomların ve elektronların katı ya da sıvı bir çevredeki davranışlarının incelenmesi ile boyutlanmaya uygun en önemli fizik görüngülerinin yorumlanabileceği ve çoğu kez hesaplanabileceği görüldü: elektrik ve optik özellikler (elektirğin iletilmesibir cismin ışığı geçirmesi ya da geçirmemesirenkcisimlerin sertliği)manyetik özellikler (ferromanyetik cisimlerin nitelikleri belirtilebildi ve mıknatıslanmanın başlangıcı bulunabildi)ısı özellikleri (ısının iletilmesi ve biriktirilmesi basınç). Böylecedaha henüz soluğu kesilmemiş olan bu ilerleyişteatomlara uygulanan bir kuantum mekaniğibizi çevreleyen doğanın en göze çarpan ya da en ince özelliklerini yorumlamakaraştırmakbelirtmek olanağını sağladı.
Kuantum mekaniğinin öncülerinden Dirac 1928’de elektron üzerine yeniden derin düşüncelere daldı. Bir takım sorunlar onu uğraştırıyordu. Schrödinger’e borçlu olduğumuz bir denklemde formüle edildiği şekli ile kuantum mekaniğiancakhızı ışığınkine göre küçük olan elektronları ele alabiliyordu. Bu durum ise açıkçaözel göreliliğin yasaları ile uzlaşamıyordu. Çünkü özel görelilik hızı ışığın hızına yakın hızlarla ilgiliydi. Dirac kendine şunu sordu: kapsadığı çok geniş bilgileri görelilik çerçevesine yerleştirmek için kuantum mekaniğinin temellerini nasıl değiştirebiliriz?Dirac’ta deha belirtileri nadir olmadığından elektronu betimleyen yeni bir denklem biçimini bulmakta gecikmedi;bu denklem görelilikle uzlaşmak gibiistenen bir özelliğe sahipti. Bunu incelerkenbüyük buluşlar sırasında çoğu kez görüldüğü gibibir taş ile birden fazla kuş vurduğunu çok geçmeden anladı. Gerçekten de ileri sürdüğü denklemistediğinden çok fazlasını getiriyordu. Bu denkeleme görehareket eden elektronunuzun zamandan beri kestirilen;ama henüz açıklanamayan bir biçimdekendi ekseni etrafında dönmesi gerektiği sonucuna varılıyordu. Buna elektronun spin hareketi diyoruz. Elektronun kendine özgü bazı nitlekileri de ortaya çıkıyordu: elektronun yalnızca elektrikle yüklü olduğu değilküçük bir mıknatıs gibi davrandığı da deney yoluyla önceden biliniyordu. Dirac bunu da denkleminde buluyor ve bu ona bu mıknatısın şiddetini büyük bir kesinlikle hesaplama olanağını sağlıyordu. Denklemi hidrojen atomuna uygulayarak Schröinger’in tanımında bulunmayan bazı incelikleri anlayabildi.Fizikçiler Dirac’ın denklemindeki başka bir özellikle karşılaşınca bir an için duruksadılar. Bu denklemin gereğinden fazla çözümü vardı. Bu denklem sayesindeyalnızca bir elektronun en çeşitli koşullardaki davranışını anlatan çözümler değilaynı zamandaanlamı anlaşılamayan tuhaf çözümler de elde ediliyordu.
Dirac bunun açıklamasını şöyle ileri sürdü: bu çözümlerdiyordubir fizik sistemini gösteriyorlarama burada bir elektron olacak yerdeyeni bir parçacıkpozitronun varlığı söz konusudur. Bu parçacığın elektronla ortak bir çok özellikleri olmalıdır:aynı kütlekendi çevresindeki aynı dönüş. Elektrik yükü ise mutlak değer olarak elektronunkine eşit ama manyetik özellikleri gibi ters işarette olmalıdır. Kısa süre sonra Andersonpozitronu deney yoluyla gözledi.Pozitronun en dikkate değer özelliklerinden biri bir elektronla çarpıştığı zaman kendini gösterir. O zaman elektron-pozitron çiftinin yokolma olayı ile karşılaşılır:İki parçacıkbir çift foton ya da bir foton üçlüsünü oluşturarak kaybolurlar. Bu oluşum çoğu kezçoğu kez maddenin yok olması adını alır; çünkü kütlesi olan maddesel olan iki parçacık kaybolarakfotonlar yani ışıma oluşmaktadır.Ters tepkime de olanaklıdır: başka bir fotona rastlayan bir fotonbir pozitron-elektron çifti meydana getirebilir.Bununla birlikte bu görüngü ancak çok özel koşullar altında oluşur; çünkü olağan iki ışık huzmesi karşılaştığı zaman bu tür tepkimelerin oluştuğu hiç görülmez. Bunu önleyen temel koşulenerjinin korunumu yasasıdır. Gerçekten de özel görelilikten beri her cismin kütlesine bağlı bir enerjisi olduğu biliniyor. Bu enerjinin ifadesi Einstein’ın tanınmış formülünde verilmektedir:
En Küçük ve En Ünlü Denklem: E= mc2Demek ki elektronla pozitronun bir kütlesi var. Böyle bir parçacık çiftini oluşturmak için iki fotonda da yeterince enerji bulunmalı;kuşkusuzgörülen ışığın fotonları böyle bir enerjiye sahip değildir.Çok yüksek sıcaklıkta bulunan bir sistemde ısı fotonlarının ortalama enerjisi sıcaklık ile artar. Sıcaklık 6 milyar dereceye yaklaşınca fotonların enerjisi artık çok sayıda elektronlarla pozitronların oluşmalarını sağlayacak kadar yüksektir. O zaman sürekli olarakfotonların çarpışması elektron-pozitron çiftleri doğurur;buna karşı bir elektron ile bir pozitronun çarpışması yeniden fotonlar üretiröyle ki sistemin tümü denge halinde kalırçünküyaratılan çiftler kadaraynı andayokedilen çiftler de vardır.Daha yüksek sıcaklıklarda aynı olgu sürüp gider;ama bu kez artık yalnızca elektronlarla pozitronlar değilbelki de yeni elemanter parçacıklar da ortaya çıkar.
1925 yılına dek kuantum kuramıyla özel görelilik kuramıbirbirinden bağımsız olarak gelişti. Elektronun atom içindeki hareketini tanımlamak için her iki kurama da gerek vardı. Çünkü elektronlar göreliliği ilgilendiren yüksek hızlarda hareket ediyordu. Bu da özel görelilik kuramının elektrona uygulanmasını gerektiriyordu. Öte yandan elektron hem parçacık hem de dalga özelliğiyle zaten kuantum kuramının bir konusuydu. Paul Dirac (1902-1984) bu iki kuramı birleştirdi; “Dirac Denklemi” diye ünlenen elektronun göreli kuantum kuramını ortaya koydu. Bu denklem çok ilginçaykırı bir şey de söylüyordu: Elektronla aynı kütlede ama zıt yükte bir parçacığın da varlığını öngörüyordu. Dirac 1931’de bugün pozitron dediğimiz anti-elekronun varlığından söz ediyordu. Pozitron ile elektronun biraraya gelmesiyle gama ışını yayarak bu çifti yok oluyordu.
Pozitronu ABD’li fizikçi Carl Anderson 1932’de gözledi. Anderson uzaydan gelen yüksek enerjili kozmik ışınların atmosferdeki moleküllere çarpmasıyla antiparçacıkların oluştuğunu farketti. Bu parçacık sis odasında protona göre daha zayıf bir iz bırakıyordu. Sis odasındaki manyetik alan onun kesinlikle pozitif yüklü olduğunu gösteriyordu. Andersonpozitronu bulmasıyla 1936 Nobel Fizik Ödülünü aldı. Buanti parçacıklardan yalnızca biriydi. Yok olmaiki fotonun açığa çıkmasıyla sonuçlanır. Bir fotonla sonuçlanan olaylar ancak çekikredğingeri tepme momentumu soğurmuk için mevcut bulunması halinde oluşabilir.
1932 yılı atom fiziği bakımından çok yoğun bir yıl oldu. Nötronun bulunuşunun hemen ardından ABD’li kimyacı Harold C.Urey atom kütlesi normal hidrojeninkinin yaklaşık iki katı olan “ağır hidrojeni” yani döteryumu bulmuştu.Yine aynı yıl Joliot-Curie’ler alüminyum çekirdeğinin alfa parçacıklarıyla dövülmesi sonucunda antielektronu bulmuşlardı; ama doğru yorumu Anderson yaptı. Yine 1932’de İlk siklotronu Lawrence çalıştırmıştı. 1939’da Nobel Fizik Ödülünü alan Lawrence 1945’te Japonya’ya atom bombası atılmasının en ateşli savunucularından biri oldu daha sonra da hidrojen bombası yapımına geçilmesi için Teller ile birlikte yoğun bir kampanya yürüttü.
Karşıt-protonu da 1955’te İtalyan fizikçi Emilio Segrè buldu. Mussolini Segre’nin Palermo Üniversitesi’ndeki görevine son verince o da ABD’ye göç etti ve sonradan hocası Enrico Fermi ile birlikte atom bombası projesine etkin bir şekilde katıldı.( H.A. Olacağıms: 43)
Gündelik olgularda en çok elektronları görmemizpozitronlara ise çok seyerek olarak rastlamamız garip görünmektedir. Buna çok kere verilen yanıtpozitronun bir elektrona rastlar rastlamaz onu yok etmesidir. Gene de dünyada pozitrondan çok daha fazla elektron bulunması gariptir. Aynı şey protonlar ve antiprotonlar için de geçerlidir. Bu soruları yanıtlama çabası bizi evrenin başlangıcı konusuna götürecektir. Bu konuya yeniden döneceğim.
Dirac denkleminin iki özelliğinin spin ve pozitronun varlığı olduğunu belirtmiştim. Ama Dirac denklemi tek göreli denklem değildir; elektromanyetik alanı tanımlayan Maxwell denklemleri de görelidir. Kuantum mekaniğinde klasik alanların bile parçacık özellikleri vardır ve klasik parçacıkların alan (dalga) özellikleri de bulunur. Bu nedenle hem alan hem de dalga bütünsel bir biçimde ele alınmalıdır. Böylesi görüşmeler aşağıdaki sonuçlara yol açar.
Elektron ya da foton gibi temel parçacıkların özellikleri kütle spin ve elektrik yüküdür. Eğer bunlar belirlenirse uygun bir dalga denklemi parçacığı hareketini belirleyebilir. Ayrıca genel olarak her parçacığın zıt elektrik yükü olan bir antiparçacığı vardır. Ancak parçacık ve antiparçacığın tek ve bir oldukları bazı durumlar da vardır. Işığın (elektromanyetik alanın) kuantumu foton böyle bir parçacıktır. Böylesi durumlarda elektrik yükleri doğal olarak sıfır olmalıdır. Ama fotonun yükünün sıfır olduğu ifadesiyle yüklü parçacıkların foton yayınladıkları ifadesinin kafaları karıştırmamasına dikkat edilmelidir. Birinci ifadenin anlamı ışığın kendisinin ışığın kaynağı olamayacağıdır.
(Kuarklars:50-53)
.
Zaman ve Karşıtmadde
Karşıt-maddenin ilginç bir özellliğini 1965 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü Sin-Itiro Tomonaga ve Julian Schwinger ile paylaşan Amerikalı fizikçi Richard Feynman buldu. Feynman antimaddelerin zaman içinde geriye doğru hareket ettiğini gösterdi. Bir antimadde zaman içinde geriye doğru hareket ederkenözellikleri önemli ölçüde tersine çeviriliyordu. Örneğin bir elektron negatif yüklü geçmişten geleceğe hareket ettiriyorsageriye doğru olan elektronun onu gelecekten geçmişten hareket ettirmesi gerekiyor. Bu aslında artı yüklü bir parçacığın davranışıdır; yani zaman içinde geriye doğru hareket eden bir elektron bize artı yüklü görünecektir. Feynman’a göre bir pozitron zaman içinde geriye doğru hareket eden bir elektrondurdolaysıyla madde ve antimadde arasında zaman tersinmesi ilişkisi vardır.
Feynman anlatıyor: “ Şimdi diğer bir olaya bakalım. Bir foton ve bir elektrondan başlayıp bir foton ve bir elektronla bitirelim. Bir fotonbir elektron tarafından soğurulurelektron biraz ilerler ve yeni bir foton ortaya çıkar. Bu sürece ışığın saçılması denilir. Burada özgün oluşlar sözkonusudur. Örneğinelektron foton soğurmadan önce diğerini salabilir. Daha da acayibi elektronun bir foton salıpsonra zamanda geri giderek bir başka fotonu soğurarak zamanda yeniden ilerlemisidir. Böylesine “geriye doğru giden” elektronun yolulaboratuvarda yapılan bir deneydegerçekmiş gibi görülebilecek kadar uzun olabilir. Geri giden bir elektronilerleyen zaman içinde gözlendiğinde olağan bir elektron gibi görünür;yalnız bu elektron olağan elektronlara doğru çekilir- dolaysıyla buna “artı yüklü” deriz. Bu tür elektrona pozitron denir. Pozitronelektronun kardeş parçacığı ve bir “karşıt-parçacık” örneğidir. Dirac”karşıt-elektroların” gerçekliğini 1931’de önerdi. Ertesi yıl Carl Anderson bunları deneysel olarak buldu ve onlara “pozitron” adını verdi. Bugün pozitronlar kolaylıkla yapılabilmekte (örneğin iki fotonun birbiriyle çarpıştırılmasıyla) ve haftalarca bir manyetik alanda saklanabilmektedir.
Bu olguyani karşıtparçacık olgusu geneldir. Doğadaki her taneciğin zamanda ileri gitmek için bir genliği dolaysıyla bir karşıt parçacığı vardır. Bir parçacık kendi karşıtıyla karşılaştığında birbirilerini yok ederek başka parçacıklar yaratır. Pozitron ve elektronların yok olmasından genellikle bir veya iki foton çıkar. Peki fotonların durumu nedir? Fotonlar zamanda ters yöne gittiklerindedaha önce de görmüş olduğumuz gibi her bakımdan aynı görünürler;dolaysıyla fotonlar kendi kendilerinin karşıt parçacıklarıdır. Gördünüz mü ayrıcalığı kuralın parçası yapmakla zekamızı nasıl gösteriyoruz? Biz zamanda ileri giderken bu geri giden elektronun neye benzediğini size göstermek isterim. Elektron ile zıt yönde giden foton belli bir anda birdenbire iki parçacığa ayrılıyor: bir pozitron ve bir elektron. Pozitronun ömrü fazla değildir:hemen bir elektrona rastlar ve bunlar yok olarak yeni bir foton yaratırlar. Bu arada baştaki fotonun daha önce yaratmış olduğu elektron da uzay/zamanda yoluna devam eder.
(R.FeynmanKuantum Elektrodinamiği Çev: Ömür Akyüz Nar yays: 101-103)
Değişmiş Görüntüler: Aynadaki Çatlak
Dirac ve Feynman’ın antimadde tanımlarında antiparçacığın özellikleri ona karşılık gelen parçacıklar tarafından tıpkı bir maddenin aynadaki yansıma görüntüsünü belirlediği gibi belirlenir. Madde ve antimadde arasındaki bu ilişki simetri dönüşümüne bir örnektir: Bir parçcacık bir antiparçacığa yükünün işaretini spin ve kuantum sayılarını değiştirerek veya zamanı tersine çevirererk dönüşür. Kuram ayrıca bir aynanın bizim hareketlerimizi yansıtması gibi antiparçacık tepkimelerinin herhangi bir parçacık tepkimelerini yansıttığını söylüyor.
Oysa deneylere göre bu her zaman doğru değildi. Yüksüz kaon adı verilen bir parçacığın bozunumu madde ile antimadde arasında bir asimetri olduğunu gösteriyor. Bu da antimadde yansımsında bozukluk olduğunu kanıtlıyor. Bu ilginç sonuç kaonun geçmiş ile geleceği ayırt edebildiğini (çünkü antimadde tepkimeleri zaman içinde geriye doğru hareket eden madde tepkimelerine denk geliyor) gösteriyor. Yani makroskopik yönde görünen günlük yaşamdan bildiğimiz tersinmezliğe (bir bardağı kırmakonu kırık parçalarından yeniden oluşturmaktan daha kolaydır) ek olarak bir de atomaltı zaman yönü var.
Antimadde ve Günümüz Teknolojisi
Antimaddenin günümüz modern teknolojisinde anahtar rolü oynuyor. Tıpta Pozitron Salma Tomografisi (PET) taramaları beyin ve kalp fonksiyonlarının saptanmasında kullanılıyor. Hastaya pozitron yayan radyoaktif madde enjekte ediliyor. Pozitrolar yakındaki elektronlarla biraraya gelince parçacıklar yok oluyor ve bir gama ışını oluşuruyorlar ve bu ışın PET tarayıcısı tarafından algılanıp organların görüntülenmesinde kullanılıyor. Daha büyük ölçektefizikçiler her saat milyarlarca antiparçacık oluşturup bunları parçacık hızlandırıcılarındaki deneylerinde kullanıyorlar. En güçlü hızlandırıcılarından biri Cenevre yakınlarındaki Avrupa parçacık fiziği merkezi CERN’de bulunan LEP(Large Electron Positron Collider) elektron ve pozitron demetlerini yeraltında bulunan 27 km uzunluğunda bir halka boyunca birbirine zıt yöndü hızlandırıyor. Her elektron ve pozitron saniyede yaklaşık 11 000 kez halkayı dolanıyor ve birbiriyle çarpışıp yok oluncailk enerjileri bir çeşit ağır elektron olan muon gibi yeni parçacıklar oluşturmaya yarıyor. Bu hızlandırıcıdan başka Fermi Ulusal Laboratuvarındaki (Fermilab) Tevatron gibi proton-antiproton çarpıştırıcıları da var.
CERN gibi hızlandırıcılarda kullanılan pozitron ve antiproton gibi parçacıkların kendileri de hızlandırıcılarda oluşturuluyor. Eğer bir proton demetitipik olarak lityum gibi hafif bir :-):-):-):-)lden yapılan sabit bir hedefe çarparsa protonlar arası çarpışmalar olur. Eğer çarpışma enerjisi yeterince büyüksebaşlangıçtaki kinetik enerjinin bir kısmı yeni parçacıklara dönüşecektir. Korunum yasaları (yük ve lepton sayısı korunum yasaları gibi) madde ve antimaddenin eşit miktarlarda oluşacağını söylüyor.
CERN’deki hızlandırıcıda 1 milyar voltluk gerilim altındahızlandırılan tek bir yüklü parçacığa aktarılan enerjiye sahip protonlarsabit bir hedefe çarptırılıyorlar ve antiprotonlar çarpışma kalıntıları arasından toplanıp inceleniyor…Bu çarpışmalarda yaratılan parçacıklar arasında ilginç madde-antimadde melezlerine rastlamak mümkün.Elektron ve pozitron biraraya geldiğinde mutlaka birbirlerini yok etmeleri gerekmiyor. Birisi diğerinin yörüngesine girerek daha çok hidrojene benzeyen ve pozitronyum adı verilen bir pseudo-atom (sözde atom) oluşturabilir. Eğer elektron ve pozitronun spinleri antiparalel (toplam spin sıfır) isebu pozitronyumun 8 nanosaniyelik bir ömrü vardır. Eğer spinleri paralel ise (toplam spin 1)7 mikrosaniyeye yakın bir ömrü olur. Aradaki farkın nedenispih sıfır durumu bir çift fotona bozunabilirken (her bir spin 1 değerinde)spin-1 durumundaki momentum ve açısal momentumunu korumak için en az 3 fotona bozunmak zorundadır ki bu çeşit bozunmalara daha az rastlanıyor.
Antihidrojen Yapılması
Hidrojen dediğimiz en basit atom bir proton ve bir elektrondan oluşur. Proton foton alışverişiyle elektronu yakın çevresinde dans ettirerek tutar(FeynmanKuantum Elektrodinaliği s: 104) Birden fazla proton ve bunlara karşılık gelen eşit sayıda elektron içeren atomlar ışığı da saçarlarhavadaki atomlar Güneş’ten gelen ışığı saçarak gökyüzünün mavi rengini verirler.
Bir diğer madde-antimadde melezi ise yüksüz pionlardır. Bu pozitronyuma benzer bir şekilde gama ışınlarına bozunan mezondur(kuark-antikuark çifti) ve bu bozunmanın ömrü 10–15 saniyedir. Bu sürepozitronyumunkine göre çok daha kısadırçünkü kuarklarıdört temel kuvvetten biri olan güçlü kuvvetler birarada tutar. Birbirlerine yakın oldukları için kısa bir süre içerisinde birbirlerini yok etme şansları yüksektir.
Antiatomu yaratırken yaşanan sorunlar gözönüne alındığındamadde-antimadde melezlerini yaratmak daha kolay geliyor. Madde dünyası nasıl kararlı elementlerin olmasına izin veriyorsaantimadde dünyası da anti-periyodik tabloyu(antihidrojenantihelyum vb) içeriyor. CERN’deki fizikçiler1996 başlarında az sayıda antihidrojen atomu yaratmayı başardılar. 3 haftalık süre içerisinde 9 antihidrojen atomu oluşturdular ve her biri; maddeyle çarpışıp oluştukları noktanın 10 metre uzağında birbirlerini yoketmeden önce yaklaşık 40 nanosaniye yaşadılar.
Peki bir pozitron antiprotonun yörüngesine nasıl sokulabilir? CERN’de kullanılan yöntem ilke olarak basit. Önce proton-proton çarpışmasından arta kalan artıklardan antiprotonlar elde edilyor. Daha sonra bunlaryüksek hızda dolanması için çembersel hızlandırıcılara gönderiliyor. Her yörüngede bir (saniyede 3 milyon kere) demet ksenon gazından geçiriliyor.Antiproton enerjisinin bir kısmı elektron-pozitron çiftine dönüşüyor ve çok nadiren pozitronlardan biri antiproton hızında ışın demetinin yönünde oradan uzaklaşıyor. Bu pozitronlardan biri herhangibir antiproton tarafından yakalanırsa bir anti hidrojen atomu oluşuyor.
Fermilab’daki araştırmacılar da artık antihidrojen atomu üretiyorlar ve 1997 sonuna kadar bikaç yüz tane oluşturmayı umut ediyorlar.
Bize yakın galaksilerde çok az antimadde olduğu görünüyor. Hızlandırıcılarda ve yüksek kozmik ışınlarla yaratılan antimadde parçacıkları dışında evren sanki yalnızca maddeden oluşuyor.Acaba bizim gözleyemediğimiz antimadde galaksileri var mı? 15 milyar yıl önceki büyük patlama sırasında madde ve antimadde oranı neydi? Antiatomlar “yukarıya” mı düşer kendi kütleçekim alanına göre? Bunlarbilim adamlarının üzerinde çalıştığı kimi sorular.
(Adams S. New Scientist15 Şubat 1997Çeviren: Alkım Özaygen Bilim ve Teknik 355.sayıs: 26-29)
Son Söz:
Bu bölümü Feza Gürsey’in sözleriyle bitiriyorum:
” İlim babında en kötü falcılar ilim adamlarıdır. Gene de şahsi bir tahminimi ortaya atayım: Antimaddenin yok oluşundan açığa çıkan müthiş enerjileri kullanacak yeni tip süper reaktörler yapmak ilerde mümkün olabilir. Herhalde şüphemiz olmasın ki bugünden yüksek enerji fiziğinde üstün olanlar yarın hayalimizin dahi almadığı teknolojik gelişmelerle yer yüzünü değiştireceklerdir.”
Karşı-parçacıkların varlığı kuantum mekaniği ile özel görelilik kuramının ilkelerinin doğrudan matematiksel bir sonucu olarak öngörüldü. 1928'de Cambridge’den kuramsal fizikçi Paul Adriyan Mourice Dirac(1902-1984) bu iki fikir kümesini birleştirdi. Dirac Denkleminin iki çözümü vardı. Bir çözümelektronun davranışlarını tanımlıyordu. Diğer çözüm ise pozitif elektrikle yüklü bir parçacığı işaret ediyordu. Matematiksel olarak bu durum basit bir işlemle açıklanabilirdi. Kare kök dört kaçtır sorusunun iki yanıtı olduğunu bilirsiniz: Eksi 2 ya da artı 2. Dirac kuramına bilinmeyen bir parçacık sokmak istemediği içinbaşlangıçta o zaman için bilinen tek artı yüklü parçacık olan protonla özdeşleştirdi. Ancak kısa süre içinde bu pozitif parçacığın elektrondan iki bin kat daha ağır olan proton olamayacağını doğanın artı yüklü elektronlar içermesi gerektiğini tahmin etti. Dirac'ta deha belirtileri sık sık ortaya çıkardı.yine de "denklemim benden akıllı çıktı" demekten kendini alamamıştı.Çünkü "akıllı denklemin düşü" 1932'de gerçek oldu.
Pozitronun “Gözlenmesi”
Carl Anderson(1905-1991) 1932 yılında (aynı yıl Chadwick de nötronu keşfetmişti) pozitronu keşfetti. Anderson o zaman genç bir Cal Techfizikçisiydi. Genç dediysem atomaltı parçacıkları saptamak ve fotoğraflamak için bir “ Sis Odası” yapacak parlaklıkta bir gençten söz ediyorum.Bu keşfinden dolayı da 1936 yılında Nobel Ödülü’nü aldı. Anderson keşfini sis odasındaki elektron gibi davranan ama pozitif yüklü parçacıkların davranışını incelerken yaptı. Pozitif ve negatif yükleri ayırt etmek için onları bir manyetik alan içinde izlemek yeterliydi. Anderson deneyiyle elektron gibi davranan bazı parçacıkları pozitif yüklü olduğunu manyetik alandaki izlerinden anladı.
Karşı-proton da 1955’te Owen Chamberlain (d.1920) ve Emilio Gino Segrè (1905-1989) Clyde Wiegand ve Tom Ypsilantis ile birlikte Berkeley’de keşfedildi.
Bütün parçacıklar (yada maddeler) için benzer antiparçacıklar (yada antimaddeler) vardır. Parçacık ve antiparçacıklar işaretleri dışında tamamen benzerdirler. Örneğin bir proton elektriksel olarak pozitif ancak antiproton elektriksel olarak negatifdir. Her ikiside aynı kütleye sahip olduklarından kütleçekiminden benzer şekilde etkileşirler.
Bir parçacık ve antiparçacık karşılaştıklarında yok olurlar ve foton Z bozon yada glüonlar gibi yüksüz kuvvet taşıyıcıları ortaya çıkarırlar.
Bir antimadde parçacık uygun parçacık sembolünün üstüne bir çizgi çizilerek sembolize edilir. Örneğin proton (P) P+ şeklinde yazılıp p-çizgi olarak okunan bir antiparçacığa sahiptir. Bir protonun antiparçacığı antiproton bir elektronun(e-) antiparçacığı ise pozitron (e+) olarak adlandırılır.
Buradaki ilginç soru ise şudur:
Bir madde ve antiparçacığı tamamen eş ancak zıt işaretlilerdir. Öyleyse neden evrende antimaddeden daha fazla madde vardır?
Fizikçiler hala bu bilmeceyi çözmeye çalışıyorlar.
Leopold İnfeld (Einsteinla çalışmış ünlü fizikçi) pozitron için şöyle der: “Bir benzetiş olsun diye pozitronu kuantum kuramıyla görelilik kuramının yasal evliliğinden doğmuş çocuk olarak betimleyebiliriz.”
Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron proton nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler herbir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdi. Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron proton nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler her bir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdi Werner Heisenberg’e 20. yy’ın en ilginç buluşunun ne olduğu sorulduğunda 1930’larda öngörülen karşıtmaddenin keşfi olduğunu belirtmişti. Bu keşfin “zıtların birliği” felsefesinin bir öngörüsü ya da doğrulanması olmadığının altını çizmeliyim!
Fotonun ve nötral pionun dışında bilinen her parçacığın bir karşıt-parçacığı var.
Sağ ve sol elinizi parmakları aynı yöne bakacak şekilde üst üste getirmeyi deneyin. Getiremezsiniz ! Eldiven teklerini de aynı şekilde üst üste getiremezsiniz. Bir kere daha deneyin! Sağ ayağınızı sol ayakkabınızın tekine sokamazsınız. Buna ayna simetrisi denir. Pekala bir örnek daha: Dış görünüşü bakımından tamamıyla özdeş iki tür salyangoz vardır; ama bunlar evlerini ayrı biçimde yapar: Birinin kabuğunun kıvrımı saat yelkovanı yönünde ötekininki ters yöndedir. Doğa şaşırtıcıdır. Sağ ve sol olmak üzere iki tür şeker vardır ve ister inanın ister inanmayın şeker yiyen iki tür bakteri vardır ve bunlar yalnızca bu şekerlerden birini yer. Umarım artık inanmışsınızdır! Bu özellikte birçok molekül vardır. Bunun harika örnekleri de yalnızca kimyada (elbette organik kimyada) vardır.
Bu çok ilginç bir gerçek. Doğa hala bizden harika bizden yetenekli gibi görünüyor!
Karşıtmadde dünyasının keşfi doğada simetrinin önemi konusunda bizleri düşündürmeye başladı.
Ayna insanoğlunun çok önemli buluşlarından olsa gerek. Yapışık ikizler de tıbbın çok önemli konularından biri. Bir maddenin ikizi önce atomlarında kendini gösteriyor. Bir elementin bir çok atomu gerçekten birbirinin aynısıdır. Örneğin bir demir parçasında bulunan demir atomları hep aynıdır. Örneğin suda su moleküllerinin hemen hepsi tıpa tıp aynıdır. Oysa burada sözünü edeceğimiz karşıtmadde örneği çok farklı. Bir parçacığın karşıtparçacığı parçacıkla aynı kütle ve spine sahiptir ve eğer kararsız ise aynı yarı ömre sahiptir. Tek bir noktada birbirlerinden ayrılıyorlar: Varsa Yükleri farklı. Spini ve manyetik momenti arasındaki yönelim veya ters yönelim de parçacıkla ters yönlüdür.
Elektron negatif pozitron pozitif; proton pozitif karşıtproton ise negatif işaretli. Nötron ve karşıtnötron ise yüksüz. Ama nötron değişik yükteki üç kuarktan oluşuyor. Bunlardan ikisinin yükü –1/3 diğerinin yükü ise +2/3. Anti-madde ve maddenin bir başka özelliği birbirleriyle karşılaştıklarında birbirlerini yok ederler;örneğin ışığa (fotonlara) dönüşürler.
Yoksul İkizin Öyküsü
Evrenimizde görünen çok sayıdaki gökcisminin hepsi protonnötron ve elektrondan oluşmuştur. Bilimadamları antimaddeden (antiproton antinötron ve pozitron) oluşmuş bir galaksinin ya da tek bir yıldızın olmadığından emin görünüyorlar. Bu bir simetri eksikliği değil mi? Eveten azından şu anda böyle.
Karşıt-madde kavramı Leibniz’e 18.yy’a kadar gider. Leibniz Newton’un çağdaşdır ve ondan bağımsız diferansiyel ve integral hesabın keşifçisidir. İkili arasındaki tartışma aşağıdaki gibi anlatılabilir: Eğer bir cismi veya bir tür fiziksel süreci doğrudan doğruya veya aynada izlersek cismin veya sürecin doğrudan veya yansımış görüntüsünün hangisinin doğrudan hangisinin yansımadan görüldüğünü ayırt edemeyiz. Bir şeyin gerçeği ile aynadaki görüntüsü arasındaki tek fark sağ ve solun değişmesidir. Bunun sonucundatüm cisimler ve süreçler sağ ve sol değişmelerine karşı eşit olasılıkla oluşmuşlardır. Bu mantıksal kural çekirdek ve elektromanyetik etkileşmeler için deneylerle doğrulanmıştır.
İlk Karşıtparçacık: Pozitron
Bir parçacığı tanımlayan dalga fonksiyonu bir çeşit alan olarak düşünülebilir. Dalga fonksiyonu Schrödinger denklemine uyar.;ama bu denklem Newton’un klasik mekaniğinin kuantum mekanik bir yorumudur; özel görelilik çerçevesine girmez. Bu nedenle de Schrödinger denklemi göreli olmayan kuantum mekaniğini temsil eder. Peki kuantum mekaniğinin göreli bir biçimi var mıdır? Evet bu Dirac denklemidir. Bu denklem de dalga fonksiyonunu belirler. Ancak Dirac denklemi Schrödinger denkleminde bulunmayan birçok yeni özelliği içerir. Örneğin elektronların spin denilen bir özelliği vardır. . Dirac denklemi elektronun bu özelliğini kapsar. Bunu bir topacın kendi ekseni etrafında dönmesi ya da ışığın polarizasyonu gibi bir iç durumu temsil eder olarak düşünebiliriz. Her durumda spin elektronun içsel açısal momentumuna karşılık gelir ve büyüklüğü ancak Planck sabiti birimlerinde 1/2 yönü de yalnızca yukarı (+1/2) ve aşağı (-1/2) olabilir. Öte yandan neyin yukarı neyin aşağı olduğuna karar vermek ise tıpkı ışığın iki aaafi diaaa yöne polarizasyonuna karar vermek gibi aaafi bir şeydir.
Spin kuramı atom spektrumları gibi olguları açıklamak üzere Dirac’tan önce de yürütülmüş olmasına karşın spinin Dirac denkleminde kendiliğinden çıkması göreli kuantum mekaniği için büyük bir zaferdi. Dirac denkleminin diğer bir yeni sonucu “antielektronun” yani “pozitronun” varlığını tahmin etmesiydi.Karşımaddenin öngörülmesi ve gözlenmesi kuantum kuramının bir başka başarısıdır.
Dirac'ın bu kuramı elektron spininin (bir elektronun kendi ekseni çevresinde dönmesi) kaynağını ve manyetik momentini açaklamakta başarılı oldu. Dirac kuramında önemli bir zorlukla da karşılaştı. Denklemin iki çözümü vardı. Göreli(Rölativistik) dalga denkleminin negatif enerji halleri için çözümü gerekiyordu. Fakat negatif enerji halleri var olsaydı pozitif enerji halinde bulunan bir elektronun tepkime sırasında foton yayarak bu hallerden birine hızla bir geçiş yapması beklenirdi. Dirac bu zorluğu tüm negatif enerji seviyelerinin (durumlarının) dolu olduğunu söyleyen postülatıyla aşmayı başardı. Negatif enerji düzeylerini işgal eden bu elektronlar "Dirac denizi" olarak adlandırılır. Pauli dışarlama İlkesi Dirac denizindeki elektronların dış kuvvetlerle tepkisine izin vermediğinden elektronlar doğrudan gözlenemez. Bununla birlikte eğer bu negatif seviyelerden biri boş olsaydı ve dolu durum denizinde bir boşluk bıraksaydı boşluk dış kuvvete tepki verecek ve gözlenebilir olacaktı(Bu bir yarıiletkenin valans bandındaki boşluk davranışıyla benzerdir). Bu kuramın derinliğine ima ettiği: Her parçacığın bir de anti parçacığı olduğudur.
Antiparçacık ile parçacığın kütleleri aynı; ama yükleri zıt işaretlidir. Örneğin elektron ile pozitron parçacık ve antiparçacıktır; bunların kütleleri aynı ama yükleri zıt işarettedir.
Ancak parçacık ve karşıtparçacığın tek ve bir oldukları durumlar da vardır: Işığın kuantumu foton böyle bir parçacıktır. Bunların kendi karşıtparçacıklarıyla aynı oldukları düşünülür. Bu durumda elektrik yükü doğal olarak sıfır olmalıdır. Ama fotonun elektrik yükünün sıfır olduğu ifadesiyleyüklü parçacıkların foton yayımladıkları (elektromanyetik ışıma) ifadesinin kafaları karıştırmamasına dikkat edilmelidir. Birinci ifadenin anlamı ışığın kendisinin ışığın kaynağı olamayacağıdır. Doğal olarak parçacığın kütlesi parçacığın türüne bağlıdır;bu sıfır da olabilir. Böyle olması halinde parçacık her zaman ışık hızında hareket eder. Böylesi bir parçacığın başlıca örneği fotondur. Kütleçekiminin kuantumu henüz gözlenmemekle birlikte bu türden bir parçacık olması beklenir.
Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron proton nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler herbir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdir.
Kayıp Maddeye Ne Oldu?
20.yy bilimin en büyük buluşu karşı-madde. Madde ve karşıt-maddesi tam olarak bakışımlıdır. Yani neredeyse özdeş ikizlerdir. Anack tek bir noktada birbirlerinden ayrılırlar: yükleri karşıttır. Bunların bir başka özelliği birbirleriyle karşılaştıklarında birbirlerini yok etmeleri.
Karşıt-hidrojen atomu normal hidrojenle aynı fotonları yayar.. Bizim yapımızda onlar yok. İki şekilde Dünyamızda bulunuyorlar: Birisi kozmik ışınlar uzayda bunları üretip duruyor. İkincisi de Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi(CERN)’nde milyarlarca pozitron ve karşı-proton dolaşıyor. Gökadalardan gelen kozmik ışınlar ve hızlandırıcılar dışında karşı-madeye rastlamıyoruz. Dünya dışında karşı-madde var mı? Karşı-maddenin oluşturduğu bir yıldız varsa o da öbürleri gibi parlayacaktır. Görünüşe göre evrende karşı-madde son derece az. Evrende madde egemen. Neden acaba? Karşıt-madde vardı da yok mu oldu? Buradan evrenimizin geçmişine bakabilir miyiz? Evet dünyamızın bu özelliği onun çok kıymetli bir fosil olduğunu gösteriyor. Göreceğiz.
Elektronlar ve Pozitronlar
Elektronlaratomun keşfedilen ilk temel parçacığıdır. Bir elektronatomun kopmuş bağımsız ise kendisini parçacık olarak ortaya koyar;ama hiçbir deney ona uzayda bir boyut göstermeye olanak vermez ve bu parçacık her bakımdan bir nokta gibi davranır. Onun bütün elektronlar için aynı olan iyice belirlenmiş bir elektrik yükü vardır. Bu kadar küçük bir parçacık günlük kavramlarla anlatılamazonun bütün özelliklerini anlamak için kuantum kuramına başvurmak zorunluluğu vardır. Kuantum kuramıbaşlangıçta elektronların incelenmesine uygulandı. Böylece yavaş yavaş elektronların bir atom çekirdeği çevresindeki dağılımlarınıhareketlerindeki enerjinin ne olduğunubir hareket konumundandaha az enerjisi olan başka bir hareket konumuna geçtiklerinde nasıl fotonlar saçabildiklerini anlayabildik. 1927’de Amerika’da Davisson ve Germer İngiltere'de ise G.P.Thomson kristallerden saçılan elektronların kırınım gösterdiklerini buldular. Böylece Broglie’nin hipoaaaini birbirlerinden bağımsız olarak doğruladılar. Hareketli cisimlerin dalga özelliği dolaysız olarak doğrulanmış oldu. Böylece atomların özelliğinden hareket ederekfiziğin temelinin yeni baştan kurulduğu görüldü. Elektronların fotonlar yayması türlü maddelerin çıkardığı ışığın tayflarını açaklamaya olanak sağladı ve bu çok ayrıntılı bir biçimde uygulandı. Elektronların atomlardaki ve moleküllerdeki dağılımının bilinmesikimyanın temel taşı oldu. Böylece atomların ve elektronların katı ya da sıvı bir çevredeki davranışlarının incelenmesi ile boyutlanmaya uygun en önemli fizik görüngülerinin yorumlanabileceği ve çoğu kez hesaplanabileceği görüldü: elektrik ve optik özellikler (elektirğin iletilmesibir cismin ışığı geçirmesi ya da geçirmemesirenkcisimlerin sertliği)manyetik özellikler (ferromanyetik cisimlerin nitelikleri belirtilebildi ve mıknatıslanmanın başlangıcı bulunabildi)ısı özellikleri (ısının iletilmesi ve biriktirilmesi basınç). Böylecedaha henüz soluğu kesilmemiş olan bu ilerleyişteatomlara uygulanan bir kuantum mekaniğibizi çevreleyen doğanın en göze çarpan ya da en ince özelliklerini yorumlamakaraştırmakbelirtmek olanağını sağladı.
Kuantum mekaniğinin öncülerinden Dirac 1928’de elektron üzerine yeniden derin düşüncelere daldı. Bir takım sorunlar onu uğraştırıyordu. Schrödinger’e borçlu olduğumuz bir denklemde formüle edildiği şekli ile kuantum mekaniğiancakhızı ışığınkine göre küçük olan elektronları ele alabiliyordu. Bu durum ise açıkçaözel göreliliğin yasaları ile uzlaşamıyordu. Çünkü özel görelilik hızı ışığın hızına yakın hızlarla ilgiliydi. Dirac kendine şunu sordu: kapsadığı çok geniş bilgileri görelilik çerçevesine yerleştirmek için kuantum mekaniğinin temellerini nasıl değiştirebiliriz?Dirac’ta deha belirtileri nadir olmadığından elektronu betimleyen yeni bir denklem biçimini bulmakta gecikmedi;bu denklem görelilikle uzlaşmak gibiistenen bir özelliğe sahipti. Bunu incelerkenbüyük buluşlar sırasında çoğu kez görüldüğü gibibir taş ile birden fazla kuş vurduğunu çok geçmeden anladı. Gerçekten de ileri sürdüğü denklemistediğinden çok fazlasını getiriyordu. Bu denkeleme görehareket eden elektronunuzun zamandan beri kestirilen;ama henüz açıklanamayan bir biçimdekendi ekseni etrafında dönmesi gerektiği sonucuna varılıyordu. Buna elektronun spin hareketi diyoruz. Elektronun kendine özgü bazı nitlekileri de ortaya çıkıyordu: elektronun yalnızca elektrikle yüklü olduğu değilküçük bir mıknatıs gibi davrandığı da deney yoluyla önceden biliniyordu. Dirac bunu da denkleminde buluyor ve bu ona bu mıknatısın şiddetini büyük bir kesinlikle hesaplama olanağını sağlıyordu. Denklemi hidrojen atomuna uygulayarak Schröinger’in tanımında bulunmayan bazı incelikleri anlayabildi.Fizikçiler Dirac’ın denklemindeki başka bir özellikle karşılaşınca bir an için duruksadılar. Bu denklemin gereğinden fazla çözümü vardı. Bu denklem sayesindeyalnızca bir elektronun en çeşitli koşullardaki davranışını anlatan çözümler değilaynı zamandaanlamı anlaşılamayan tuhaf çözümler de elde ediliyordu.
Dirac bunun açıklamasını şöyle ileri sürdü: bu çözümlerdiyordubir fizik sistemini gösteriyorlarama burada bir elektron olacak yerdeyeni bir parçacıkpozitronun varlığı söz konusudur. Bu parçacığın elektronla ortak bir çok özellikleri olmalıdır:aynı kütlekendi çevresindeki aynı dönüş. Elektrik yükü ise mutlak değer olarak elektronunkine eşit ama manyetik özellikleri gibi ters işarette olmalıdır. Kısa süre sonra Andersonpozitronu deney yoluyla gözledi.Pozitronun en dikkate değer özelliklerinden biri bir elektronla çarpıştığı zaman kendini gösterir. O zaman elektron-pozitron çiftinin yokolma olayı ile karşılaşılır:İki parçacıkbir çift foton ya da bir foton üçlüsünü oluşturarak kaybolurlar. Bu oluşum çoğu kezçoğu kez maddenin yok olması adını alır; çünkü kütlesi olan maddesel olan iki parçacık kaybolarakfotonlar yani ışıma oluşmaktadır.Ters tepkime de olanaklıdır: başka bir fotona rastlayan bir fotonbir pozitron-elektron çifti meydana getirebilir.Bununla birlikte bu görüngü ancak çok özel koşullar altında oluşur; çünkü olağan iki ışık huzmesi karşılaştığı zaman bu tür tepkimelerin oluştuğu hiç görülmez. Bunu önleyen temel koşulenerjinin korunumu yasasıdır. Gerçekten de özel görelilikten beri her cismin kütlesine bağlı bir enerjisi olduğu biliniyor. Bu enerjinin ifadesi Einstein’ın tanınmış formülünde verilmektedir:
En Küçük ve En Ünlü Denklem: E= mc2Demek ki elektronla pozitronun bir kütlesi var. Böyle bir parçacık çiftini oluşturmak için iki fotonda da yeterince enerji bulunmalı;kuşkusuzgörülen ışığın fotonları böyle bir enerjiye sahip değildir.Çok yüksek sıcaklıkta bulunan bir sistemde ısı fotonlarının ortalama enerjisi sıcaklık ile artar. Sıcaklık 6 milyar dereceye yaklaşınca fotonların enerjisi artık çok sayıda elektronlarla pozitronların oluşmalarını sağlayacak kadar yüksektir. O zaman sürekli olarakfotonların çarpışması elektron-pozitron çiftleri doğurur;buna karşı bir elektron ile bir pozitronun çarpışması yeniden fotonlar üretiröyle ki sistemin tümü denge halinde kalırçünküyaratılan çiftler kadaraynı andayokedilen çiftler de vardır.Daha yüksek sıcaklıklarda aynı olgu sürüp gider;ama bu kez artık yalnızca elektronlarla pozitronlar değilbelki de yeni elemanter parçacıklar da ortaya çıkar.
1925 yılına dek kuantum kuramıyla özel görelilik kuramıbirbirinden bağımsız olarak gelişti. Elektronun atom içindeki hareketini tanımlamak için her iki kurama da gerek vardı. Çünkü elektronlar göreliliği ilgilendiren yüksek hızlarda hareket ediyordu. Bu da özel görelilik kuramının elektrona uygulanmasını gerektiriyordu. Öte yandan elektron hem parçacık hem de dalga özelliğiyle zaten kuantum kuramının bir konusuydu. Paul Dirac (1902-1984) bu iki kuramı birleştirdi; “Dirac Denklemi” diye ünlenen elektronun göreli kuantum kuramını ortaya koydu. Bu denklem çok ilginçaykırı bir şey de söylüyordu: Elektronla aynı kütlede ama zıt yükte bir parçacığın da varlığını öngörüyordu. Dirac 1931’de bugün pozitron dediğimiz anti-elekronun varlığından söz ediyordu. Pozitron ile elektronun biraraya gelmesiyle gama ışını yayarak bu çifti yok oluyordu.
Pozitronu ABD’li fizikçi Carl Anderson 1932’de gözledi. Anderson uzaydan gelen yüksek enerjili kozmik ışınların atmosferdeki moleküllere çarpmasıyla antiparçacıkların oluştuğunu farketti. Bu parçacık sis odasında protona göre daha zayıf bir iz bırakıyordu. Sis odasındaki manyetik alan onun kesinlikle pozitif yüklü olduğunu gösteriyordu. Andersonpozitronu bulmasıyla 1936 Nobel Fizik Ödülünü aldı. Buanti parçacıklardan yalnızca biriydi. Yok olmaiki fotonun açığa çıkmasıyla sonuçlanır. Bir fotonla sonuçlanan olaylar ancak çekikredğingeri tepme momentumu soğurmuk için mevcut bulunması halinde oluşabilir.
1932 yılı atom fiziği bakımından çok yoğun bir yıl oldu. Nötronun bulunuşunun hemen ardından ABD’li kimyacı Harold C.Urey atom kütlesi normal hidrojeninkinin yaklaşık iki katı olan “ağır hidrojeni” yani döteryumu bulmuştu.Yine aynı yıl Joliot-Curie’ler alüminyum çekirdeğinin alfa parçacıklarıyla dövülmesi sonucunda antielektronu bulmuşlardı; ama doğru yorumu Anderson yaptı. Yine 1932’de İlk siklotronu Lawrence çalıştırmıştı. 1939’da Nobel Fizik Ödülünü alan Lawrence 1945’te Japonya’ya atom bombası atılmasının en ateşli savunucularından biri oldu daha sonra da hidrojen bombası yapımına geçilmesi için Teller ile birlikte yoğun bir kampanya yürüttü.
Karşıt-protonu da 1955’te İtalyan fizikçi Emilio Segrè buldu. Mussolini Segre’nin Palermo Üniversitesi’ndeki görevine son verince o da ABD’ye göç etti ve sonradan hocası Enrico Fermi ile birlikte atom bombası projesine etkin bir şekilde katıldı.( H.A. Olacağıms: 43)
Gündelik olgularda en çok elektronları görmemizpozitronlara ise çok seyerek olarak rastlamamız garip görünmektedir. Buna çok kere verilen yanıtpozitronun bir elektrona rastlar rastlamaz onu yok etmesidir. Gene de dünyada pozitrondan çok daha fazla elektron bulunması gariptir. Aynı şey protonlar ve antiprotonlar için de geçerlidir. Bu soruları yanıtlama çabası bizi evrenin başlangıcı konusuna götürecektir. Bu konuya yeniden döneceğim.
Dirac denkleminin iki özelliğinin spin ve pozitronun varlığı olduğunu belirtmiştim. Ama Dirac denklemi tek göreli denklem değildir; elektromanyetik alanı tanımlayan Maxwell denklemleri de görelidir. Kuantum mekaniğinde klasik alanların bile parçacık özellikleri vardır ve klasik parçacıkların alan (dalga) özellikleri de bulunur. Bu nedenle hem alan hem de dalga bütünsel bir biçimde ele alınmalıdır. Böylesi görüşmeler aşağıdaki sonuçlara yol açar.
Elektron ya da foton gibi temel parçacıkların özellikleri kütle spin ve elektrik yüküdür. Eğer bunlar belirlenirse uygun bir dalga denklemi parçacığı hareketini belirleyebilir. Ayrıca genel olarak her parçacığın zıt elektrik yükü olan bir antiparçacığı vardır. Ancak parçacık ve antiparçacığın tek ve bir oldukları bazı durumlar da vardır. Işığın (elektromanyetik alanın) kuantumu foton böyle bir parçacıktır. Böylesi durumlarda elektrik yükleri doğal olarak sıfır olmalıdır. Ama fotonun yükünün sıfır olduğu ifadesiyle yüklü parçacıkların foton yayınladıkları ifadesinin kafaları karıştırmamasına dikkat edilmelidir. Birinci ifadenin anlamı ışığın kendisinin ışığın kaynağı olamayacağıdır.
(Kuarklars:50-53)
.
Zaman ve Karşıtmadde
Karşıt-maddenin ilginç bir özellliğini 1965 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü Sin-Itiro Tomonaga ve Julian Schwinger ile paylaşan Amerikalı fizikçi Richard Feynman buldu. Feynman antimaddelerin zaman içinde geriye doğru hareket ettiğini gösterdi. Bir antimadde zaman içinde geriye doğru hareket ederkenözellikleri önemli ölçüde tersine çeviriliyordu. Örneğin bir elektron negatif yüklü geçmişten geleceğe hareket ettiriyorsageriye doğru olan elektronun onu gelecekten geçmişten hareket ettirmesi gerekiyor. Bu aslında artı yüklü bir parçacığın davranışıdır; yani zaman içinde geriye doğru hareket eden bir elektron bize artı yüklü görünecektir. Feynman’a göre bir pozitron zaman içinde geriye doğru hareket eden bir elektrondurdolaysıyla madde ve antimadde arasında zaman tersinmesi ilişkisi vardır.
Feynman anlatıyor: “ Şimdi diğer bir olaya bakalım. Bir foton ve bir elektrondan başlayıp bir foton ve bir elektronla bitirelim. Bir fotonbir elektron tarafından soğurulurelektron biraz ilerler ve yeni bir foton ortaya çıkar. Bu sürece ışığın saçılması denilir. Burada özgün oluşlar sözkonusudur. Örneğinelektron foton soğurmadan önce diğerini salabilir. Daha da acayibi elektronun bir foton salıpsonra zamanda geri giderek bir başka fotonu soğurarak zamanda yeniden ilerlemisidir. Böylesine “geriye doğru giden” elektronun yolulaboratuvarda yapılan bir deneydegerçekmiş gibi görülebilecek kadar uzun olabilir. Geri giden bir elektronilerleyen zaman içinde gözlendiğinde olağan bir elektron gibi görünür;yalnız bu elektron olağan elektronlara doğru çekilir- dolaysıyla buna “artı yüklü” deriz. Bu tür elektrona pozitron denir. Pozitronelektronun kardeş parçacığı ve bir “karşıt-parçacık” örneğidir. Dirac”karşıt-elektroların” gerçekliğini 1931’de önerdi. Ertesi yıl Carl Anderson bunları deneysel olarak buldu ve onlara “pozitron” adını verdi. Bugün pozitronlar kolaylıkla yapılabilmekte (örneğin iki fotonun birbiriyle çarpıştırılmasıyla) ve haftalarca bir manyetik alanda saklanabilmektedir.
Bu olguyani karşıtparçacık olgusu geneldir. Doğadaki her taneciğin zamanda ileri gitmek için bir genliği dolaysıyla bir karşıt parçacığı vardır. Bir parçacık kendi karşıtıyla karşılaştığında birbirilerini yok ederek başka parçacıklar yaratır. Pozitron ve elektronların yok olmasından genellikle bir veya iki foton çıkar. Peki fotonların durumu nedir? Fotonlar zamanda ters yöne gittiklerindedaha önce de görmüş olduğumuz gibi her bakımdan aynı görünürler;dolaysıyla fotonlar kendi kendilerinin karşıt parçacıklarıdır. Gördünüz mü ayrıcalığı kuralın parçası yapmakla zekamızı nasıl gösteriyoruz? Biz zamanda ileri giderken bu geri giden elektronun neye benzediğini size göstermek isterim. Elektron ile zıt yönde giden foton belli bir anda birdenbire iki parçacığa ayrılıyor: bir pozitron ve bir elektron. Pozitronun ömrü fazla değildir:hemen bir elektrona rastlar ve bunlar yok olarak yeni bir foton yaratırlar. Bu arada baştaki fotonun daha önce yaratmış olduğu elektron da uzay/zamanda yoluna devam eder.
(R.FeynmanKuantum Elektrodinamiği Çev: Ömür Akyüz Nar yays: 101-103)
Değişmiş Görüntüler: Aynadaki Çatlak
Dirac ve Feynman’ın antimadde tanımlarında antiparçacığın özellikleri ona karşılık gelen parçacıklar tarafından tıpkı bir maddenin aynadaki yansıma görüntüsünü belirlediği gibi belirlenir. Madde ve antimadde arasındaki bu ilişki simetri dönüşümüne bir örnektir: Bir parçcacık bir antiparçacığa yükünün işaretini spin ve kuantum sayılarını değiştirerek veya zamanı tersine çevirererk dönüşür. Kuram ayrıca bir aynanın bizim hareketlerimizi yansıtması gibi antiparçacık tepkimelerinin herhangi bir parçacık tepkimelerini yansıttığını söylüyor.
Oysa deneylere göre bu her zaman doğru değildi. Yüksüz kaon adı verilen bir parçacığın bozunumu madde ile antimadde arasında bir asimetri olduğunu gösteriyor. Bu da antimadde yansımsında bozukluk olduğunu kanıtlıyor. Bu ilginç sonuç kaonun geçmiş ile geleceği ayırt edebildiğini (çünkü antimadde tepkimeleri zaman içinde geriye doğru hareket eden madde tepkimelerine denk geliyor) gösteriyor. Yani makroskopik yönde görünen günlük yaşamdan bildiğimiz tersinmezliğe (bir bardağı kırmakonu kırık parçalarından yeniden oluşturmaktan daha kolaydır) ek olarak bir de atomaltı zaman yönü var.
Antimadde ve Günümüz Teknolojisi
Antimaddenin günümüz modern teknolojisinde anahtar rolü oynuyor. Tıpta Pozitron Salma Tomografisi (PET) taramaları beyin ve kalp fonksiyonlarının saptanmasında kullanılıyor. Hastaya pozitron yayan radyoaktif madde enjekte ediliyor. Pozitrolar yakındaki elektronlarla biraraya gelince parçacıklar yok oluyor ve bir gama ışını oluşuruyorlar ve bu ışın PET tarayıcısı tarafından algılanıp organların görüntülenmesinde kullanılıyor. Daha büyük ölçektefizikçiler her saat milyarlarca antiparçacık oluşturup bunları parçacık hızlandırıcılarındaki deneylerinde kullanıyorlar. En güçlü hızlandırıcılarından biri Cenevre yakınlarındaki Avrupa parçacık fiziği merkezi CERN’de bulunan LEP(Large Electron Positron Collider) elektron ve pozitron demetlerini yeraltında bulunan 27 km uzunluğunda bir halka boyunca birbirine zıt yöndü hızlandırıyor. Her elektron ve pozitron saniyede yaklaşık 11 000 kez halkayı dolanıyor ve birbiriyle çarpışıp yok oluncailk enerjileri bir çeşit ağır elektron olan muon gibi yeni parçacıklar oluşturmaya yarıyor. Bu hızlandırıcıdan başka Fermi Ulusal Laboratuvarındaki (Fermilab) Tevatron gibi proton-antiproton çarpıştırıcıları da var.
CERN gibi hızlandırıcılarda kullanılan pozitron ve antiproton gibi parçacıkların kendileri de hızlandırıcılarda oluşturuluyor. Eğer bir proton demetitipik olarak lityum gibi hafif bir :-):-):-):-)lden yapılan sabit bir hedefe çarparsa protonlar arası çarpışmalar olur. Eğer çarpışma enerjisi yeterince büyüksebaşlangıçtaki kinetik enerjinin bir kısmı yeni parçacıklara dönüşecektir. Korunum yasaları (yük ve lepton sayısı korunum yasaları gibi) madde ve antimaddenin eşit miktarlarda oluşacağını söylüyor.
CERN’deki hızlandırıcıda 1 milyar voltluk gerilim altındahızlandırılan tek bir yüklü parçacığa aktarılan enerjiye sahip protonlarsabit bir hedefe çarptırılıyorlar ve antiprotonlar çarpışma kalıntıları arasından toplanıp inceleniyor…Bu çarpışmalarda yaratılan parçacıklar arasında ilginç madde-antimadde melezlerine rastlamak mümkün.Elektron ve pozitron biraraya geldiğinde mutlaka birbirlerini yok etmeleri gerekmiyor. Birisi diğerinin yörüngesine girerek daha çok hidrojene benzeyen ve pozitronyum adı verilen bir pseudo-atom (sözde atom) oluşturabilir. Eğer elektron ve pozitronun spinleri antiparalel (toplam spin sıfır) isebu pozitronyumun 8 nanosaniyelik bir ömrü vardır. Eğer spinleri paralel ise (toplam spin 1)7 mikrosaniyeye yakın bir ömrü olur. Aradaki farkın nedenispih sıfır durumu bir çift fotona bozunabilirken (her bir spin 1 değerinde)spin-1 durumundaki momentum ve açısal momentumunu korumak için en az 3 fotona bozunmak zorundadır ki bu çeşit bozunmalara daha az rastlanıyor.
Antihidrojen Yapılması
Hidrojen dediğimiz en basit atom bir proton ve bir elektrondan oluşur. Proton foton alışverişiyle elektronu yakın çevresinde dans ettirerek tutar(FeynmanKuantum Elektrodinaliği s: 104) Birden fazla proton ve bunlara karşılık gelen eşit sayıda elektron içeren atomlar ışığı da saçarlarhavadaki atomlar Güneş’ten gelen ışığı saçarak gökyüzünün mavi rengini verirler.
Bir diğer madde-antimadde melezi ise yüksüz pionlardır. Bu pozitronyuma benzer bir şekilde gama ışınlarına bozunan mezondur(kuark-antikuark çifti) ve bu bozunmanın ömrü 10–15 saniyedir. Bu sürepozitronyumunkine göre çok daha kısadırçünkü kuarklarıdört temel kuvvetten biri olan güçlü kuvvetler birarada tutar. Birbirlerine yakın oldukları için kısa bir süre içerisinde birbirlerini yok etme şansları yüksektir.
Antiatomu yaratırken yaşanan sorunlar gözönüne alındığındamadde-antimadde melezlerini yaratmak daha kolay geliyor. Madde dünyası nasıl kararlı elementlerin olmasına izin veriyorsaantimadde dünyası da anti-periyodik tabloyu(antihidrojenantihelyum vb) içeriyor. CERN’deki fizikçiler1996 başlarında az sayıda antihidrojen atomu yaratmayı başardılar. 3 haftalık süre içerisinde 9 antihidrojen atomu oluşturdular ve her biri; maddeyle çarpışıp oluştukları noktanın 10 metre uzağında birbirlerini yoketmeden önce yaklaşık 40 nanosaniye yaşadılar.
Peki bir pozitron antiprotonun yörüngesine nasıl sokulabilir? CERN’de kullanılan yöntem ilke olarak basit. Önce proton-proton çarpışmasından arta kalan artıklardan antiprotonlar elde edilyor. Daha sonra bunlaryüksek hızda dolanması için çembersel hızlandırıcılara gönderiliyor. Her yörüngede bir (saniyede 3 milyon kere) demet ksenon gazından geçiriliyor.Antiproton enerjisinin bir kısmı elektron-pozitron çiftine dönüşüyor ve çok nadiren pozitronlardan biri antiproton hızında ışın demetinin yönünde oradan uzaklaşıyor. Bu pozitronlardan biri herhangibir antiproton tarafından yakalanırsa bir anti hidrojen atomu oluşuyor.
Fermilab’daki araştırmacılar da artık antihidrojen atomu üretiyorlar ve 1997 sonuna kadar bikaç yüz tane oluşturmayı umut ediyorlar.
Bize yakın galaksilerde çok az antimadde olduğu görünüyor. Hızlandırıcılarda ve yüksek kozmik ışınlarla yaratılan antimadde parçacıkları dışında evren sanki yalnızca maddeden oluşuyor.Acaba bizim gözleyemediğimiz antimadde galaksileri var mı? 15 milyar yıl önceki büyük patlama sırasında madde ve antimadde oranı neydi? Antiatomlar “yukarıya” mı düşer kendi kütleçekim alanına göre? Bunlarbilim adamlarının üzerinde çalıştığı kimi sorular.
(Adams S. New Scientist15 Şubat 1997Çeviren: Alkım Özaygen Bilim ve Teknik 355.sayıs: 26-29)
Son Söz:
Bu bölümü Feza Gürsey’in sözleriyle bitiriyorum:
” İlim babında en kötü falcılar ilim adamlarıdır. Gene de şahsi bir tahminimi ortaya atayım: Antimaddenin yok oluşundan açığa çıkan müthiş enerjileri kullanacak yeni tip süper reaktörler yapmak ilerde mümkün olabilir. Herhalde şüphemiz olmasın ki bugünden yüksek enerji fiziğinde üstün olanlar yarın hayalimizin dahi almadığı teknolojik gelişmelerle yer yüzünü değiştireceklerdir.”
184
Fizik / Ynt: Doğadaki 4 temel kuvvet ve Anti madde
« : Şubat 26, 2009, 10:34:32 ÖS »
--------------------------------------------------------------------------------
1928-1995 arası: Başlangıç
Karşıt maddenin tarihi Paul Dirac adlı genç bir fizikçinin matematiksel denkleminin garip çıkarımıyla başlar..
20. yüzyılın başılarında 2 önemli teori olan kuantum mekaniği ve görecelik teorileri fiziği temellerinden sarsıyordu.. 1905 yılında Albert Einstein'ın meydana çıkardığı özel görecelik teorisi uzay-zaman ve kütle-enerji arasındaki ilişkiyi açıklıyordu.. Bu sırada yapılan deneyler ışığın bazen dalga bazen küçük parçacık akımları halinde davrandığını gösteriyordu.. Max Planck önerdiği teoriye göre ışık dalgaları "kuanta" adı verilen küçük paketçikler halinde yayılıyordu bu ışığın hem dalga hem parçacık halinde yayılması anlamına geliyordu..
1920'lerde fizikçiler atom ve bileşenlerine aynı kavramı uygulamaya çalışıyolardı.. 1920lerin sonunda Erwin Schrodinger ve Werner Heisenberg yeni kuantum teorisini keşfettiler.. Bundaki tek sorun teorinin görecelik teorisine uygulanabilir olmayışı yani sadece yavaş hızlardaki parçacıklar için geçerli olup ışık hızına yakın hareket edenler için sonuç vermemesiydi..
1928'de Paul Dirac problemi çözdü: elektron davranışını tanımlamak için özel göreliliği ve kuantum teorisini bir araya getiren bir denklem yazdı.. Dirac denklemi ona 1933 Nobel Ödülünü getirdi aynı zamanda başka bir problem yarattı: x^2=4 denkleminin 2 çözümü olduğu gibi (x= -2 x=2) Dirac denkleminin de biri pozitif enerjili diğeri negatif enerjili elektronlar için olmak üzere 2 çözümü vardı.. Fakat klasik fiziğe ( ve sağduyuya) göre bir parçacağın enerjisi daima pozitif bir sayı olmaydı !
Dirac bunun her parçacığın kendisiyle tıpatıp aynı ama yükü zıt olan bir karşıt-parçacığı olacağı anlamına geleceğini açıkladı.. Mesela elektron için her yönüyle aynı ama pozitif yük içeren bir karşıt-elektron olmalıydı.. Nobel konferansında karşıt maddeden oluşan tamamen yeni bir evrenin varlığını kurgulamıştı..
1930: doğanın yardım eli [değiştir]1930'da gizemli karşıt-parçacık avı başladı.. O yüzyılın daha öncesinde Victor Hess (1936 Nobel Ödülü sahibi) yüksek enerjili parçacıkların bir kaynağını keşfetmişti: kozmik ışınlar.. Kozmik ışınlar dış uzaydan gelen çok yüksek enerjili parçacıklardır dünya atmosferine çarptıklarında muazzam bir düşük enerjili parçacık sağanağı yaratırlar ki bunun fizikçiler için çok kullanışlı olduğu ispatlanmıştır..
1932'de Carl Anderson CalTech'ten genç bir profesör kozmik parçacık sağanağı hakkında çalışırken pozitif yüklü ve elektronla aynı kütleli bir parçacığın bıraktığı izi gördü.. Bir yıllık çalışma ve gözlemler sonucu izlerin gerçekten karşıt elektron olduğuna ve herbirinin kozmik ışınların etkisiyle kendi yanına bir elektron ürettiklerine karar verdi.. Karşıt elektronlara pozitif yüklerinden dolayı "pozitron" adını verdi.. Doğrulama kısa bir süre içinde Occhialini ve Blackett'ten geldi böylece bu çalışma Anderson'a 1936 Nobel Ödülünü getirdi ve Dirac'ın öngörüsü doğrulanmış oldu..
Uzun yıllar kozmik ışınlar yüksek enerjili parçacıkların tek kaynağı olarak kaldılar.. Keşiflerin akışı durmadı ama beklenen karşıt parçacığın karşıt protonun keşfi için fizikçiler 22 yıl beklemek zorunda kaldılar..
1954: güç araçları [değiştir]Karşıt proton araştırmaları 1940larda ve 50lerde labovatuar deneylerinin o zamana kadar ki en yüksek enerjili seviyelere çıkmasıyla kızıştı..
1930'da Ernest Lawrance (1939 Nobel Ödülü sahibi) siklotron denen proton gibi bir parçacığı onlarca MeV enerjiye çıkartan parçacık hızlandırıcıyı icat etti.. Hemen ardından karşıt-protonun bulunması için harcanan efordan dolayı hızlandırıcılar çağı başlamış oldu.. Ve yeni bir bilimdalı olarak yüksek enerji fiziği doğdu..
California Berkeley'deki Bevatron'u 1954 yılında inşa eden yine Lawrance idi (o zamanlar BeV idi şimdi GeV diyoruz).. Bevatron 2 elektronu karşıt proton üretmek için en uygun yüzey olarak öngörülen 62 GeVluk enerjide çarpıştırabiliyordu.. Aynı zamanda başlarında Emilio Segre olan diğer bir fizikçi grubu karşıt protonları saptamak için yeni bir makine tasarladılar ve yaptılar..
Ekim 1955'de büyük haber New York Times'ın ön sayfasından duyuruluyordu: "Yeni Atom Parçacığı Bulundu Negatif Proton!". Karşıt protonun keşfiyle Serge ve takımı (O. Chamberlain C. Wiengand ve T. Ypsilantis) doğanın temel simetrilerinden birinin kanıtında başarılı olmuş oldular: madde ve karşıt madde..
Segre ve Chamberlain 1959 Nobel Ödülüne layık görüldüler.. Sadece bir yıl sonra Bevatronda çalışan ikinici takım (B. Cork O. Piccione W. Wenzel ve G. Lambertson) karşıt nötronu bulduklarını duyurdular..
1965: karşıt çekirdek [değiştir]O zamana kadar atomu oluşturan 3 parçacığının da birer karşıt parçacığı olduğu biliniyordu.. Yani eğer parçacıklar atomda birbirlerine bağlanıp maddenin en küçük yapı birimini oluşturuyorlarsa karşıt parçacıklarında birbirlerine bağlanıp karşıt maddenin en küçük yapı birimini oluşturmamalarını düşünmek için bir sebep yoktu..
Ama madde ve karşıt madde Dirac'ın ifade ettiği gibi tamamen eşit ve zıt veya simetrik midir? Sonra önemli adım bu simetrinin test edilmesiydi.. Fizikçiler atomaltı karşıt parçacıkların biraraya geldiklerinde nasıl davranacaklarını bilmek istiyolardı.. Karşıt proton ve karşıt nötron birbirine tutunup karşıt çekirdek oluşturacaklar mıydı?
Cevap 1965te karşıt döteryumun bir karşıt madde çekirdeğinin bir karşıt proton ve bir karşıt nötrondan oluşmuş hali ( tıpkı döteryumun (ağır hidrojen) bir proton ve bir nötrondan oluşması gibi) bulunmasıyla geldi.. Hedef eşzamanlı olarak iki takım tarafından vurulmuştu: biri Antonino Zichichi önderliğinde CERNdeki Proton Synchrotronu kullanmışlardı diğerleri ise Leon Lederman başkanlığında New Yorktaki Brookhaven Ulusal Laboratuvarınının Alternating Gradient Synchrotron (AGS) hızlandırıcısını kullanarak başarmışlardı..
1995: karşıt parçacıktan karşıt maddeye [değiştir]Karşıt çekirdek yaptıktan sonraki soru karşıt elektronlar karşıt çekirdekle karşıt maddeyi oluşturacak bağları yapabilir miydi?
Cevap baya sonları çok özel bir makine CERNnin eşsiz Düşük Enerji Karşıt Proton Çemberi (Low Energy Antiproton Ring (LEAR)) sayesinde geldi.. Hızlandırıcıların aksine LEAR aslında karşıt protonları "yavaşlatıyordu". Fizikçiler bundan sonra bir pozitronu (yani karşıt elektronu) karşıt protonla bağ kurup gerçek bir karşıt hidrojen gerçek bir karşıt madde atomu oluşturması için denemelere başladılar..
1995'in sonlarına doğru bu şekildeki ilk karşıt atomlar Alman ve İtalyan fizikçilerden oluşan bir takım tarafından CERNde elde edildi.. Sadece 9 karşıt atom üretilmesine karşı haber tüm dünya gazetelerinin ön sayfasına çıkacak kadar heyecan uyandırıcıydı..
Başarı karşıt hidrojen atomlarının karşıt dünya üzerindeki çalışmalarda hidrojenin bilim tarihinde son asırda oynadığını role benzer bir rol oynayabileceğini söylüyordu.. Hidrojen evrenimizin 3 çeyreğini oluşturuyor ve kainat hakkında bildiklerimizin çoğu sıradan hidrojen hakkındaki araştırmalardan elde edilmişti.. Fakat karşıt hidrojen tamamen sıradan hidrojen gibi mi davranıyor? Bu soruyu cevaplamak için CERN yeni bir deney tesisi yapmaya karar verdi: Karşıt-proton Yavaşlatıcısı ( the Antiproton Decelerator (AD) ).
Hızlandırıcılar Çağı
Ernest Lawrance'ın siklotronu icadından sonra fizikçilerin maddenin yapısında derinlere inmeleri için hızlandırıcıların en iyi yol olduğu anlaşılmış oldu..
Hemen sonra ABD yolu gösterdi: böylesi makineler herhangi bir avrupa ülkesinin tekbaşına yapması için çok büyük ve pahalıydı.. Fakat 1954te avrupalı fizikçiler İsviçre Cenova'da merkezi bir labaratuvar kurmaya karar verdiler ve böylece CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) kurulmuş oldu.. Bu tarihten sonra CERN yüksek enerji fiziğindeki teknik ve bilimsel gelişmelerde baş rolü oynamaya başladı..
Protonları ve elektronları onlarca MeV enerjilere hızlandıran ilk tek mıknatıslı siklotronlardan ve bevatronlardan sonra yeni simit şekilli ("doughnut-shaped") iki türlü parçacığı da GeVluk enerjilere hızlandırabilen senktrotronlar geliştirildi.. 1950lerden itibaren yeni odaklama teknikleriyle makineler 30 GeVluk hale getirildi.. 1970lerin başlarına kadar maddenin yapısı hakkındaki araştırmlarda birkaç önemli adım daha atıldı.. Bulunan yeni parçacıkların sayısı çığ gibi attı tabii bundaki katkıları için CERNdeki 28 GeV Proton Synchrotron (PS)un Brookhavendaki 33 GeV Alternating Gradient Synchrotron (AGS)un ve yeni ve etkili parçacık detektörü "bubble chamber"in (kabarcık odası) başarılı bütünleşmelerine teşekkür borçluyuz..
Çarpıştırıcılar
Büyük hızlandırıcılar macerasının başlamasından hemen sonra fizikçiler fark ettiler ki hızlandırılmış bir parçacık demeti sabit bir hedefe çarptığında enerjinin çoğu hedefin geri tepmesinde harcanıyor ki asıl amaç olan parçacık çalışmaları ve parçacıkların etkileşim araştırmaları için geriye sadece küçük bir yüzde kalıyor.. Bunun yerine eğer iki parçacık demeti birbiriyle kafa kafaya çarpıştırılırsa geri tepme için hiç enerji harcanmayacak tüm enerji deneye kalacaktı - 2 hızlanmış arabanın kafa kafaya çarpmasında ki yıkımla birinin durgun olduğundaki arasındaki farkı düşünün..
Diğer labavatuvarlar elektronları çarpıştırmaya yoğunlaşırlarken CERN protonlar üstünde çalışıyordu.. Fikre göre protonlar PSden alınıp yeni bir makinenin birbirine bağlı iki çemberinde hızlandırılıp çaprışmalarını sağlamaktı.. Yeni makinenin adı "The 31+31 GeV Intersecting Storage Rings (ISR)"dı ve birçok teknolojik zorluğun üstesinden geldikkten sonra ilk proton-proton çarpışması 1971 yılında gerçekleşti..
Aynı zamanda parçacık detektörleri de yeni gelişmeler göstermekteydi ve eski "bublle chamber" yerini daha çok sayıda ve büyüklükte etkileşimleri gösteren daha hızlı ve teknolojik aletlere bıraktı.. Fakat ana gelişmelerden biri ancak 1980lerde gerçekleşti: etkili soğutma teknikleriyle karşıt maddenin oyuna girmesi sağlandı ve hemen oyuna hakim bir pozisyon kazandı..
İki paralel yol hızlandırıcıların gelişmesinde etkili oldu; biri fizikçilerin maddenin temel bileşenlerini öğrenme hakkındaki meraklarını gidermekte karşıt parçacıkları kullanmaya devam ederek bizi yüksek enerji bilgilerimizin sınırlarının ötesine taşımasıydı.. Diğeri ise karşıt parçacıkların çalışmanın ana konusu haline gelmesiyle düşük enerjilere yavaşlatılması ve karşıt maddenin özelliklerinin keşfi için izole edilmesiydi..
Yüksek Enerji Öncüleri
İlk önce 1960larda elektron-pozitron çapışmasıyla gündeme geldiler.. Anderson'ın pozitronu keşfinden sonra fizikçiler nasıl yüksek sayıda pozitron elde edebileceklerini öğrenmiş oldular (radyasyonun madde ile etkileşimi aynı zamanlı olarak elektron ve pozitron ortaya çıkartır). ABD'de ve Avrupa'da birkaç çaprıştırıcı yapıldı ve bunlar sayesinde maddenin ve evrenin temel doğası hakkında birçok önemli keşfe imza atıldı..
İlk elektron-pozitron çarpıştırıcısı Bruno Touschek tarafından Frascati (Roma) da 1960 yılında tamamlanan "Anello d'Accumulazione" (AdA) idi.. İçlerindeki en büyük makine olan CERN'nin Large Electron Positron (LEP) 1989 yazında 91.2 GeVluk çarpıştırma enerjisiyle çalışmaya başlamıştı.. Emeklilik yılı 2000de muazzam bir çarpıştırma enerjisi olan 204 GeV'a ulaşmıştı.. LEP çemberinin etrafındaki detektörler büyük kesinliklerdeki deneyler ve testler gerçekleştirip parçacıklar ve etkileşimleri hakkındaki bilgilerimizi çok öteye taşıdılar..
Asılnda LEP yapılmış en büyük dairesel elektron-pozitron çarpıştırıcı olarak kalacaktır: elektronların bir özelliği olan "senkrotron radyasyonu" elektronları daha büyük dairesel çaprıştırıcılarda daha yüksek enerji seviyelerinde hızlandırılmasını imkansız kılıyor. Fakat yeni nesil elektron-pozitron çarpıştırıcılarının planı hazır: elektronların ve pozitronları düzgün bir çizgisel yol üzerinden kilometrelerce hızlandıktan sonra kafa kafaya çapışacağı "doğrusal çapıştırıcı"lar.
Proton - karşıt proton çarpıştırıcıları büyük zorluklar sunsa da elektron-pozitron çarpıştırıcılarının çalışmalarında ve keşiflerinde tamamlayıcı rol oynamışlardır. Bir karşıt proton bir karşıt elektrondan 2000 kat daha büyük kütleye sahip olduğu için yaratılmaları çok daha büyük enerji gerektiyor.. Ayrıca karşıt protonları biraraya getirmek ve çarpıştırıcıda karşıt proton demetini dolaştıracak uzunlukta depolamak daha zordur.
Ancak 1980lerin başında Simon van der Meer CERN'de "stokastik soğutma" yönetimini geliştirmesiyle karşıt proton demetlerini biriktirmek yoğunlaştırmak ve kontrol etmek olası hale geldi.. CERN'nin Super Proton Synchrotron (SPS) makinesi 300 GeV proton - karşıt proton çarpıştırıcısı haline geldi ve 1983'deki Carlo Rubbia başkanlığındaki UA1 deney takımı SPSde W bozonu ve Z bozonu adı verilen iki yeni parçacık gördüler. Fizikçiler uzun yıllar boyunca bu 2 parçacığın varlığından şüphe etmişlerdi ve bu büyük keşif Rubbia'ya ve van der Meer'e 1984 Nobel Fizik ödülünü getirdi.
Bugün en büyük proton - karşıt proton çarpıştırıcısı FermiLab Chicago bulunmakta.. 1.8 TeV çarpışma enerjisiyle (1800 GeV) Tevatron 1995'te yukarı kuarkı bulmasıyla haber olmuştu.
Ve dahası var. 1990ların başından beri CERN LEP ile yeraltı tünelinde yer değiştirecek ve 2 protonu bir rekor olan 14 TeV enerjide çarpıştıracak Large Hadron Collider (LHC) için hazırlanıyor..
Ama neden proton - karşıt proton çarpışması değil proton - proton? 14 TeV gibi yüksek enerjilerde proton - proton çarpışmasıyla proton - karşıt proton çarpışması oldukça benzer görünüyor. Ve hala proton demetleri oluşturmak karşıt protonlardan çok daha kolay böylece fizikçiler iki çok yoğun proton demeti kullanarak çarpışma oranını maksimuma çıkarmayı seçtiler.
LHC şu anda CERN'de yapım aşamasında ve dört deney - ATLAS CMS LHCb ve ALICE - şimdiden planlanmış durumda.
Düşük Enerji Öncüleri
Soğutma tekniğinin bulunmasıyla mevcut karşıtmadde parçacık fiziğinde önemli bir araç haline geldi.. Karşıt madde üretilmesinin biriktirilmesinin ve toplanmasının farklı basamaklarını kontrol etmek için makineler yapıldı.. Gelişme aşamasının ilk zamanları olmasına rağmen birçok laboratuvarın hedefi yüksek enerji deneylerinin spesifik ihtiyacı olan artan enerji ışınlarını doldurmaktı..
Fakat düşük enerji karşıt protonları ile yapılabilecek birçok ilginç şey vardır ve düşük enerji (düşük hız) madde ve karşıt madde arasındaki tahmin edilen simetriyi doğrudan test etmek için olan yollardan biridir.. Yavaş karşıt protonlar "gerçek" tuzaklara yakalanabilirler ve böylece özellikleri (kütle manyetik alandaki davranışları vs.) proton ile karşılaştırıldı.. Ve karşıt maddenin tüm parçalarının yapılabileceği anlaşıldı karşıt atom pozitrondan ve karşıt protondan oluşuyordu.. CERN bu araştırma dalına belirli biçimde para yatıran tek laboratuvardı.. 1980'de karşıt proton üretimini ve depolamasını kendi çemberlerinde yavaşlatabilmek için yeni bir makine yapmaya karar verdiler.. 1982'de Low Energy Antiproton Ring (LEAR) ortaya çıktı: PS'den gelen karşıt protonları farklı ara enerjilere birkaç MeV'un altına yavaşlatabiliyordu..
Çeşitli önemli bilimsel başarılar LEAR'a teşükkür borçludur bunlarda biri ilk karşıt madde parçaları derleyicisi olmasıdır..1995'de Alman ve İtalyan fizikçilerden oluşan bir takım (deney PS210) ilk kez "karşıt hidrojen"in dokuz atomunu oluşturmayı başardılar normal atomda bir protonun yörüngesinde elektron dönüyorken böyle karşıt atomlarda karşıt elektron karşıt protonun yörüngesine yerleşmesi sağlanıyordu.. Sonuç 1996'ın sonunda FermiLab'da ki bir grup tarafından doğrulandı.. Deney E862'de Tevatron Antiproton Accumulator'dan direk çıkartılan karşıt protonların kullanılmasıyla bazı karşıt hidrojenler saptandı.. Keşif heyecan vericiydi: hidrojen atomları olağan maddenin davranışlarıyla ilgili farklı ve temel ölçümlerde çok kritik bir fiziksel sistemdi.. Karşıt hidrojen üretimi karşıt maddenin sistematik araştırmasında ve temel fizik prensiblerini test etmede açılan bir kapıydı..
1996'ın sonunda LEAR resmen kapatıldı ama CERN bu araştırma konusu hakkında alternatif ve daha güçlü bir yolu önceden görmüştü: Antiproton Decelerator (AD)..
Kosmolojide karşıt madde:
Tabii ki hızlandırma veya yavaşlatma karşıt madde üzerinde çalışmanın tek yolu değildir.. Karşıt madde dış uzayda biryerlerde bulunabilir.. Dirac kendisi ilk önce karşıt maddenin astronomik ölçekte bulunması hakkında kafa yormuştu.. Fakat onun teoreminin doğrulanmasından hemen sonra pozitron karşıt proton ve karşıt nötronun keşfiyle karşıt gezegenlerin karşıt yıldızların karşıt galaksilerin ve hatta karşıt bir evrenin varlığı hakkında asıl spekülasyon başladı..
1950'lerin sonlarına doğru bizim galaksimizdeki karşıt maddenin miktarı yüz milyondan az bir hata payıyla hesaplandı.. Eğer karşıt maddenin evrende izole bir sistemi olsaydı yani olağan madde ile etkileşimsiz bir sistemde olsaydı hiçbir dünyaya bağlı gözlem bunun doğruluğunu ayırt edemezdi..
Böylece görünürde hiçbirşey olmasa bile galaksi dışında karşıt madde varlığı olasılığı tamamen açıktı.. Takip eden yıllarda evrende madde kadar karşıt madde olduğu görüşü basit simetri prensibleriyle harekete geçmiştir..
Fakat bugünlerdeki güçlü inanışa göre madde öncelikli tek bir evren vardır.. Söylenebilir fakat eğer doğal bir karşıt madde mesela karşıt evrenden bir karşıt çekikrdek bize ulaşmaya çalışırsa dünya atmosferindeki bir çekirdek ile birlikte imha olur ve biz asla onu gözlemleyemeyiz..
20 yılı aşkın süredir bilimadamları bu araştırma için yapılan araçları (önce balonlar şimdi uydular) imha olma probleminin üstesinden gelmek için atmosferden olabildiğinde yukarda tutmaya çalışıyorlar fakat böyle bir çaba pahalı ve zor.. Şimdi deneylerin uydularda gerçekleştirilmesi planlanıyor.. Mesela 1998'de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) yüksek enerji parçacığı dedektörü Discovery uzay mekiğinde 10 günlük bir görev için uçtu ve şu anda önümüzdeki yıllarda Uluslararası Uzay İstasyonuna kurulmak için tekrar dizayn edilip bir üst modele geçiliyor.. Dünya atmosferinin üstünd yörüngede hedeflerinden biri herhangi bir kozmik karşıt madde formu aramak için yüklü karşıt parçacık ve karşıt çekirdek akışını ölçmek olacak..
1928-1995 arası: Başlangıç
Karşıt maddenin tarihi Paul Dirac adlı genç bir fizikçinin matematiksel denkleminin garip çıkarımıyla başlar..
20. yüzyılın başılarında 2 önemli teori olan kuantum mekaniği ve görecelik teorileri fiziği temellerinden sarsıyordu.. 1905 yılında Albert Einstein'ın meydana çıkardığı özel görecelik teorisi uzay-zaman ve kütle-enerji arasındaki ilişkiyi açıklıyordu.. Bu sırada yapılan deneyler ışığın bazen dalga bazen küçük parçacık akımları halinde davrandığını gösteriyordu.. Max Planck önerdiği teoriye göre ışık dalgaları "kuanta" adı verilen küçük paketçikler halinde yayılıyordu bu ışığın hem dalga hem parçacık halinde yayılması anlamına geliyordu..
1920'lerde fizikçiler atom ve bileşenlerine aynı kavramı uygulamaya çalışıyolardı.. 1920lerin sonunda Erwin Schrodinger ve Werner Heisenberg yeni kuantum teorisini keşfettiler.. Bundaki tek sorun teorinin görecelik teorisine uygulanabilir olmayışı yani sadece yavaş hızlardaki parçacıklar için geçerli olup ışık hızına yakın hareket edenler için sonuç vermemesiydi..
1928'de Paul Dirac problemi çözdü: elektron davranışını tanımlamak için özel göreliliği ve kuantum teorisini bir araya getiren bir denklem yazdı.. Dirac denklemi ona 1933 Nobel Ödülünü getirdi aynı zamanda başka bir problem yarattı: x^2=4 denkleminin 2 çözümü olduğu gibi (x= -2 x=2) Dirac denkleminin de biri pozitif enerjili diğeri negatif enerjili elektronlar için olmak üzere 2 çözümü vardı.. Fakat klasik fiziğe ( ve sağduyuya) göre bir parçacağın enerjisi daima pozitif bir sayı olmaydı !
Dirac bunun her parçacığın kendisiyle tıpatıp aynı ama yükü zıt olan bir karşıt-parçacığı olacağı anlamına geleceğini açıkladı.. Mesela elektron için her yönüyle aynı ama pozitif yük içeren bir karşıt-elektron olmalıydı.. Nobel konferansında karşıt maddeden oluşan tamamen yeni bir evrenin varlığını kurgulamıştı..
1930: doğanın yardım eli [değiştir]1930'da gizemli karşıt-parçacık avı başladı.. O yüzyılın daha öncesinde Victor Hess (1936 Nobel Ödülü sahibi) yüksek enerjili parçacıkların bir kaynağını keşfetmişti: kozmik ışınlar.. Kozmik ışınlar dış uzaydan gelen çok yüksek enerjili parçacıklardır dünya atmosferine çarptıklarında muazzam bir düşük enerjili parçacık sağanağı yaratırlar ki bunun fizikçiler için çok kullanışlı olduğu ispatlanmıştır..
1932'de Carl Anderson CalTech'ten genç bir profesör kozmik parçacık sağanağı hakkında çalışırken pozitif yüklü ve elektronla aynı kütleli bir parçacığın bıraktığı izi gördü.. Bir yıllık çalışma ve gözlemler sonucu izlerin gerçekten karşıt elektron olduğuna ve herbirinin kozmik ışınların etkisiyle kendi yanına bir elektron ürettiklerine karar verdi.. Karşıt elektronlara pozitif yüklerinden dolayı "pozitron" adını verdi.. Doğrulama kısa bir süre içinde Occhialini ve Blackett'ten geldi böylece bu çalışma Anderson'a 1936 Nobel Ödülünü getirdi ve Dirac'ın öngörüsü doğrulanmış oldu..
Uzun yıllar kozmik ışınlar yüksek enerjili parçacıkların tek kaynağı olarak kaldılar.. Keşiflerin akışı durmadı ama beklenen karşıt parçacığın karşıt protonun keşfi için fizikçiler 22 yıl beklemek zorunda kaldılar..
1954: güç araçları [değiştir]Karşıt proton araştırmaları 1940larda ve 50lerde labovatuar deneylerinin o zamana kadar ki en yüksek enerjili seviyelere çıkmasıyla kızıştı..
1930'da Ernest Lawrance (1939 Nobel Ödülü sahibi) siklotron denen proton gibi bir parçacığı onlarca MeV enerjiye çıkartan parçacık hızlandırıcıyı icat etti.. Hemen ardından karşıt-protonun bulunması için harcanan efordan dolayı hızlandırıcılar çağı başlamış oldu.. Ve yeni bir bilimdalı olarak yüksek enerji fiziği doğdu..
California Berkeley'deki Bevatron'u 1954 yılında inşa eden yine Lawrance idi (o zamanlar BeV idi şimdi GeV diyoruz).. Bevatron 2 elektronu karşıt proton üretmek için en uygun yüzey olarak öngörülen 62 GeVluk enerjide çarpıştırabiliyordu.. Aynı zamanda başlarında Emilio Segre olan diğer bir fizikçi grubu karşıt protonları saptamak için yeni bir makine tasarladılar ve yaptılar..
Ekim 1955'de büyük haber New York Times'ın ön sayfasından duyuruluyordu: "Yeni Atom Parçacığı Bulundu Negatif Proton!". Karşıt protonun keşfiyle Serge ve takımı (O. Chamberlain C. Wiengand ve T. Ypsilantis) doğanın temel simetrilerinden birinin kanıtında başarılı olmuş oldular: madde ve karşıt madde..
Segre ve Chamberlain 1959 Nobel Ödülüne layık görüldüler.. Sadece bir yıl sonra Bevatronda çalışan ikinici takım (B. Cork O. Piccione W. Wenzel ve G. Lambertson) karşıt nötronu bulduklarını duyurdular..
1965: karşıt çekirdek [değiştir]O zamana kadar atomu oluşturan 3 parçacığının da birer karşıt parçacığı olduğu biliniyordu.. Yani eğer parçacıklar atomda birbirlerine bağlanıp maddenin en küçük yapı birimini oluşturuyorlarsa karşıt parçacıklarında birbirlerine bağlanıp karşıt maddenin en küçük yapı birimini oluşturmamalarını düşünmek için bir sebep yoktu..
Ama madde ve karşıt madde Dirac'ın ifade ettiği gibi tamamen eşit ve zıt veya simetrik midir? Sonra önemli adım bu simetrinin test edilmesiydi.. Fizikçiler atomaltı karşıt parçacıkların biraraya geldiklerinde nasıl davranacaklarını bilmek istiyolardı.. Karşıt proton ve karşıt nötron birbirine tutunup karşıt çekirdek oluşturacaklar mıydı?
Cevap 1965te karşıt döteryumun bir karşıt madde çekirdeğinin bir karşıt proton ve bir karşıt nötrondan oluşmuş hali ( tıpkı döteryumun (ağır hidrojen) bir proton ve bir nötrondan oluşması gibi) bulunmasıyla geldi.. Hedef eşzamanlı olarak iki takım tarafından vurulmuştu: biri Antonino Zichichi önderliğinde CERNdeki Proton Synchrotronu kullanmışlardı diğerleri ise Leon Lederman başkanlığında New Yorktaki Brookhaven Ulusal Laboratuvarınının Alternating Gradient Synchrotron (AGS) hızlandırıcısını kullanarak başarmışlardı..
1995: karşıt parçacıktan karşıt maddeye [değiştir]Karşıt çekirdek yaptıktan sonraki soru karşıt elektronlar karşıt çekirdekle karşıt maddeyi oluşturacak bağları yapabilir miydi?
Cevap baya sonları çok özel bir makine CERNnin eşsiz Düşük Enerji Karşıt Proton Çemberi (Low Energy Antiproton Ring (LEAR)) sayesinde geldi.. Hızlandırıcıların aksine LEAR aslında karşıt protonları "yavaşlatıyordu". Fizikçiler bundan sonra bir pozitronu (yani karşıt elektronu) karşıt protonla bağ kurup gerçek bir karşıt hidrojen gerçek bir karşıt madde atomu oluşturması için denemelere başladılar..
1995'in sonlarına doğru bu şekildeki ilk karşıt atomlar Alman ve İtalyan fizikçilerden oluşan bir takım tarafından CERNde elde edildi.. Sadece 9 karşıt atom üretilmesine karşı haber tüm dünya gazetelerinin ön sayfasına çıkacak kadar heyecan uyandırıcıydı..
Başarı karşıt hidrojen atomlarının karşıt dünya üzerindeki çalışmalarda hidrojenin bilim tarihinde son asırda oynadığını role benzer bir rol oynayabileceğini söylüyordu.. Hidrojen evrenimizin 3 çeyreğini oluşturuyor ve kainat hakkında bildiklerimizin çoğu sıradan hidrojen hakkındaki araştırmalardan elde edilmişti.. Fakat karşıt hidrojen tamamen sıradan hidrojen gibi mi davranıyor? Bu soruyu cevaplamak için CERN yeni bir deney tesisi yapmaya karar verdi: Karşıt-proton Yavaşlatıcısı ( the Antiproton Decelerator (AD) ).
Hızlandırıcılar Çağı
Ernest Lawrance'ın siklotronu icadından sonra fizikçilerin maddenin yapısında derinlere inmeleri için hızlandırıcıların en iyi yol olduğu anlaşılmış oldu..
Hemen sonra ABD yolu gösterdi: böylesi makineler herhangi bir avrupa ülkesinin tekbaşına yapması için çok büyük ve pahalıydı.. Fakat 1954te avrupalı fizikçiler İsviçre Cenova'da merkezi bir labaratuvar kurmaya karar verdiler ve böylece CERN (Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire) kurulmuş oldu.. Bu tarihten sonra CERN yüksek enerji fiziğindeki teknik ve bilimsel gelişmelerde baş rolü oynamaya başladı..
Protonları ve elektronları onlarca MeV enerjilere hızlandıran ilk tek mıknatıslı siklotronlardan ve bevatronlardan sonra yeni simit şekilli ("doughnut-shaped") iki türlü parçacığı da GeVluk enerjilere hızlandırabilen senktrotronlar geliştirildi.. 1950lerden itibaren yeni odaklama teknikleriyle makineler 30 GeVluk hale getirildi.. 1970lerin başlarına kadar maddenin yapısı hakkındaki araştırmlarda birkaç önemli adım daha atıldı.. Bulunan yeni parçacıkların sayısı çığ gibi attı tabii bundaki katkıları için CERNdeki 28 GeV Proton Synchrotron (PS)un Brookhavendaki 33 GeV Alternating Gradient Synchrotron (AGS)un ve yeni ve etkili parçacık detektörü "bubble chamber"in (kabarcık odası) başarılı bütünleşmelerine teşekkür borçluyuz..
Çarpıştırıcılar
Büyük hızlandırıcılar macerasının başlamasından hemen sonra fizikçiler fark ettiler ki hızlandırılmış bir parçacık demeti sabit bir hedefe çarptığında enerjinin çoğu hedefin geri tepmesinde harcanıyor ki asıl amaç olan parçacık çalışmaları ve parçacıkların etkileşim araştırmaları için geriye sadece küçük bir yüzde kalıyor.. Bunun yerine eğer iki parçacık demeti birbiriyle kafa kafaya çarpıştırılırsa geri tepme için hiç enerji harcanmayacak tüm enerji deneye kalacaktı - 2 hızlanmış arabanın kafa kafaya çarpmasında ki yıkımla birinin durgun olduğundaki arasındaki farkı düşünün..
Diğer labavatuvarlar elektronları çarpıştırmaya yoğunlaşırlarken CERN protonlar üstünde çalışıyordu.. Fikre göre protonlar PSden alınıp yeni bir makinenin birbirine bağlı iki çemberinde hızlandırılıp çaprışmalarını sağlamaktı.. Yeni makinenin adı "The 31+31 GeV Intersecting Storage Rings (ISR)"dı ve birçok teknolojik zorluğun üstesinden geldikkten sonra ilk proton-proton çarpışması 1971 yılında gerçekleşti..
Aynı zamanda parçacık detektörleri de yeni gelişmeler göstermekteydi ve eski "bublle chamber" yerini daha çok sayıda ve büyüklükte etkileşimleri gösteren daha hızlı ve teknolojik aletlere bıraktı.. Fakat ana gelişmelerden biri ancak 1980lerde gerçekleşti: etkili soğutma teknikleriyle karşıt maddenin oyuna girmesi sağlandı ve hemen oyuna hakim bir pozisyon kazandı..
İki paralel yol hızlandırıcıların gelişmesinde etkili oldu; biri fizikçilerin maddenin temel bileşenlerini öğrenme hakkındaki meraklarını gidermekte karşıt parçacıkları kullanmaya devam ederek bizi yüksek enerji bilgilerimizin sınırlarının ötesine taşımasıydı.. Diğeri ise karşıt parçacıkların çalışmanın ana konusu haline gelmesiyle düşük enerjilere yavaşlatılması ve karşıt maddenin özelliklerinin keşfi için izole edilmesiydi..
Yüksek Enerji Öncüleri
İlk önce 1960larda elektron-pozitron çapışmasıyla gündeme geldiler.. Anderson'ın pozitronu keşfinden sonra fizikçiler nasıl yüksek sayıda pozitron elde edebileceklerini öğrenmiş oldular (radyasyonun madde ile etkileşimi aynı zamanlı olarak elektron ve pozitron ortaya çıkartır). ABD'de ve Avrupa'da birkaç çaprıştırıcı yapıldı ve bunlar sayesinde maddenin ve evrenin temel doğası hakkında birçok önemli keşfe imza atıldı..
İlk elektron-pozitron çarpıştırıcısı Bruno Touschek tarafından Frascati (Roma) da 1960 yılında tamamlanan "Anello d'Accumulazione" (AdA) idi.. İçlerindeki en büyük makine olan CERN'nin Large Electron Positron (LEP) 1989 yazında 91.2 GeVluk çarpıştırma enerjisiyle çalışmaya başlamıştı.. Emeklilik yılı 2000de muazzam bir çarpıştırma enerjisi olan 204 GeV'a ulaşmıştı.. LEP çemberinin etrafındaki detektörler büyük kesinliklerdeki deneyler ve testler gerçekleştirip parçacıklar ve etkileşimleri hakkındaki bilgilerimizi çok öteye taşıdılar..
Asılnda LEP yapılmış en büyük dairesel elektron-pozitron çarpıştırıcı olarak kalacaktır: elektronların bir özelliği olan "senkrotron radyasyonu" elektronları daha büyük dairesel çaprıştırıcılarda daha yüksek enerji seviyelerinde hızlandırılmasını imkansız kılıyor. Fakat yeni nesil elektron-pozitron çarpıştırıcılarının planı hazır: elektronların ve pozitronları düzgün bir çizgisel yol üzerinden kilometrelerce hızlandıktan sonra kafa kafaya çapışacağı "doğrusal çapıştırıcı"lar.
Proton - karşıt proton çarpıştırıcıları büyük zorluklar sunsa da elektron-pozitron çarpıştırıcılarının çalışmalarında ve keşiflerinde tamamlayıcı rol oynamışlardır. Bir karşıt proton bir karşıt elektrondan 2000 kat daha büyük kütleye sahip olduğu için yaratılmaları çok daha büyük enerji gerektiyor.. Ayrıca karşıt protonları biraraya getirmek ve çarpıştırıcıda karşıt proton demetini dolaştıracak uzunlukta depolamak daha zordur.
Ancak 1980lerin başında Simon van der Meer CERN'de "stokastik soğutma" yönetimini geliştirmesiyle karşıt proton demetlerini biriktirmek yoğunlaştırmak ve kontrol etmek olası hale geldi.. CERN'nin Super Proton Synchrotron (SPS) makinesi 300 GeV proton - karşıt proton çarpıştırıcısı haline geldi ve 1983'deki Carlo Rubbia başkanlığındaki UA1 deney takımı SPSde W bozonu ve Z bozonu adı verilen iki yeni parçacık gördüler. Fizikçiler uzun yıllar boyunca bu 2 parçacığın varlığından şüphe etmişlerdi ve bu büyük keşif Rubbia'ya ve van der Meer'e 1984 Nobel Fizik ödülünü getirdi.
Bugün en büyük proton - karşıt proton çarpıştırıcısı FermiLab Chicago bulunmakta.. 1.8 TeV çarpışma enerjisiyle (1800 GeV) Tevatron 1995'te yukarı kuarkı bulmasıyla haber olmuştu.
Ve dahası var. 1990ların başından beri CERN LEP ile yeraltı tünelinde yer değiştirecek ve 2 protonu bir rekor olan 14 TeV enerjide çarpıştıracak Large Hadron Collider (LHC) için hazırlanıyor..
Ama neden proton - karşıt proton çarpışması değil proton - proton? 14 TeV gibi yüksek enerjilerde proton - proton çarpışmasıyla proton - karşıt proton çarpışması oldukça benzer görünüyor. Ve hala proton demetleri oluşturmak karşıt protonlardan çok daha kolay böylece fizikçiler iki çok yoğun proton demeti kullanarak çarpışma oranını maksimuma çıkarmayı seçtiler.
LHC şu anda CERN'de yapım aşamasında ve dört deney - ATLAS CMS LHCb ve ALICE - şimdiden planlanmış durumda.
Düşük Enerji Öncüleri
Soğutma tekniğinin bulunmasıyla mevcut karşıtmadde parçacık fiziğinde önemli bir araç haline geldi.. Karşıt madde üretilmesinin biriktirilmesinin ve toplanmasının farklı basamaklarını kontrol etmek için makineler yapıldı.. Gelişme aşamasının ilk zamanları olmasına rağmen birçok laboratuvarın hedefi yüksek enerji deneylerinin spesifik ihtiyacı olan artan enerji ışınlarını doldurmaktı..
Fakat düşük enerji karşıt protonları ile yapılabilecek birçok ilginç şey vardır ve düşük enerji (düşük hız) madde ve karşıt madde arasındaki tahmin edilen simetriyi doğrudan test etmek için olan yollardan biridir.. Yavaş karşıt protonlar "gerçek" tuzaklara yakalanabilirler ve böylece özellikleri (kütle manyetik alandaki davranışları vs.) proton ile karşılaştırıldı.. Ve karşıt maddenin tüm parçalarının yapılabileceği anlaşıldı karşıt atom pozitrondan ve karşıt protondan oluşuyordu.. CERN bu araştırma dalına belirli biçimde para yatıran tek laboratuvardı.. 1980'de karşıt proton üretimini ve depolamasını kendi çemberlerinde yavaşlatabilmek için yeni bir makine yapmaya karar verdiler.. 1982'de Low Energy Antiproton Ring (LEAR) ortaya çıktı: PS'den gelen karşıt protonları farklı ara enerjilere birkaç MeV'un altına yavaşlatabiliyordu..
Çeşitli önemli bilimsel başarılar LEAR'a teşükkür borçludur bunlarda biri ilk karşıt madde parçaları derleyicisi olmasıdır..1995'de Alman ve İtalyan fizikçilerden oluşan bir takım (deney PS210) ilk kez "karşıt hidrojen"in dokuz atomunu oluşturmayı başardılar normal atomda bir protonun yörüngesinde elektron dönüyorken böyle karşıt atomlarda karşıt elektron karşıt protonun yörüngesine yerleşmesi sağlanıyordu.. Sonuç 1996'ın sonunda FermiLab'da ki bir grup tarafından doğrulandı.. Deney E862'de Tevatron Antiproton Accumulator'dan direk çıkartılan karşıt protonların kullanılmasıyla bazı karşıt hidrojenler saptandı.. Keşif heyecan vericiydi: hidrojen atomları olağan maddenin davranışlarıyla ilgili farklı ve temel ölçümlerde çok kritik bir fiziksel sistemdi.. Karşıt hidrojen üretimi karşıt maddenin sistematik araştırmasında ve temel fizik prensiblerini test etmede açılan bir kapıydı..
1996'ın sonunda LEAR resmen kapatıldı ama CERN bu araştırma konusu hakkında alternatif ve daha güçlü bir yolu önceden görmüştü: Antiproton Decelerator (AD)..
Kosmolojide karşıt madde:
Tabii ki hızlandırma veya yavaşlatma karşıt madde üzerinde çalışmanın tek yolu değildir.. Karşıt madde dış uzayda biryerlerde bulunabilir.. Dirac kendisi ilk önce karşıt maddenin astronomik ölçekte bulunması hakkında kafa yormuştu.. Fakat onun teoreminin doğrulanmasından hemen sonra pozitron karşıt proton ve karşıt nötronun keşfiyle karşıt gezegenlerin karşıt yıldızların karşıt galaksilerin ve hatta karşıt bir evrenin varlığı hakkında asıl spekülasyon başladı..
1950'lerin sonlarına doğru bizim galaksimizdeki karşıt maddenin miktarı yüz milyondan az bir hata payıyla hesaplandı.. Eğer karşıt maddenin evrende izole bir sistemi olsaydı yani olağan madde ile etkileşimsiz bir sistemde olsaydı hiçbir dünyaya bağlı gözlem bunun doğruluğunu ayırt edemezdi..
Böylece görünürde hiçbirşey olmasa bile galaksi dışında karşıt madde varlığı olasılığı tamamen açıktı.. Takip eden yıllarda evrende madde kadar karşıt madde olduğu görüşü basit simetri prensibleriyle harekete geçmiştir..
Fakat bugünlerdeki güçlü inanışa göre madde öncelikli tek bir evren vardır.. Söylenebilir fakat eğer doğal bir karşıt madde mesela karşıt evrenden bir karşıt çekikrdek bize ulaşmaya çalışırsa dünya atmosferindeki bir çekirdek ile birlikte imha olur ve biz asla onu gözlemleyemeyiz..
20 yılı aşkın süredir bilimadamları bu araştırma için yapılan araçları (önce balonlar şimdi uydular) imha olma probleminin üstesinden gelmek için atmosferden olabildiğinde yukarda tutmaya çalışıyorlar fakat böyle bir çaba pahalı ve zor.. Şimdi deneylerin uydularda gerçekleştirilmesi planlanıyor.. Mesela 1998'de Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) yüksek enerji parçacığı dedektörü Discovery uzay mekiğinde 10 günlük bir görev için uçtu ve şu anda önümüzdeki yıllarda Uluslararası Uzay İstasyonuna kurulmak için tekrar dizayn edilip bir üst modele geçiliyor.. Dünya atmosferinin üstünd yörüngede hedeflerinden biri herhangi bir kozmik karşıt madde formu aramak için yüklü karşıt parçacık ve karşıt çekirdek akışını ölçmek olacak..
185
Fizik / Doğadaki 4 temel kuvvet ve Anti madde (karşıt madde)
« : Şubat 26, 2009, 10:33:52 ÖS »Dört temel doğa kuvvetinden atom altı ölçeklerde etkileşen üçünü (şiddetli çekirdek kuvveti = atom çekirdeklerini oluşturan parçacıkları bir arada tutan kuvvet; zayıf çekirdek kuvveti = ağır ve kararsız parçacıkların bozunarak kimlik değiştirmesine yol açan kuvvet ve elektromanyetik kuvvet = atom çekirdekleriyle çevrelerinde dolanan elektronlar arasında etkiyerek atomları ve molekülleri bir arada tutan kuvvet) açıklayan Standart Model'e göre BİLİNEN tüm parçacıkların aynı kütlede ama ters elektrik yükü taşıyan bir karşıtı vardır (ayna görüntüsü gibi). İşte bunlara karşı madde ya da anti madde diyoruz. Örneğin - yüklü elektronun anti madde karşılığı + yüklü pozitron; + yüklü protonun anti madde karşılığı - yüklü anti proton vb. Maddeyle anti madde yani bir parçacıkla kendi anti maddesi bir araya geldiğinde birbirlerini yok ederek enerji açığa çıkarırlar. 137 milyar yıl önce evreni ortaya çıkaran Büyük Patlama'da eşit miktarlarda ortaya çıkan madde ile anti madde birbirlerini yok ederken bazı kuantum mekaniksel özellikler nedeniyle toplam maddenin çok küçük bir bölümü yok olmaktan kurtulmuş ve evrende görebildiğimiz her şey (yıldızlar gökadalar gezegenler ve üzerlerindeki canlılar) bu küçük madde fazlalığının birer ürünü. Ancak evrendeki büyük yapıların (gökadalar ve gökada kümeleri) hareketleriyle ve evrenin yapısıyla ilgili olarak yapılan duyarlı gözlemler Standart Model'de listelenen parçacıkların dışında ve toplam maddenin beş katı kütlede henüz gözlenememiş ve nitelikleri BİLİNEMEYEN bir dizi parçacık olduğunu gösteriyor ki bunlar "karanlık madde" olarak adlandırılıyor. Anti madde ile karanlık maddeyi aynı şeymiş gibi düşünmek sık yapılan bir yanlış olduğu için bu farkı iyi anlamak gerekir. Özetle anti madde BİLİNEN madde parçacıklarının ters elektrik yükü taşıyan karşıtları; "karanlık madde" ise henüz varlıkları deney ya da gözlemlerle belirlenememiş ancak yaptıkları kütle çekim etkisiyle varlıklarını dolaylı yoldan gösteren madde olarak tanımlanabilir. Anti madde yukarıda açıklanan özelliği (maddeyle anti maddenin bir araya geldiklerinde birbirlerini yok etmeleri) nedeniyle görünen evrende doğal olarak bulunmuyor (yine de bazı kuramcılar evrenin kıyısında bucağında varlığını koruyabilmiş anti madde adacıkları bulunabileceği spekülasyonunu yapıyorlar). Ama yüksek enerjili çarpışma deneylerinde ya da madde parçacıklarının doğal bozunma sürecinde ortaya çıkıp saniyenin çok küçük kesirlerinde var olabiliyorlar. Bilim insanları çok özel deney koşullarında ve milyarlarca dolar değerinde parçacık detektörleri ve süper iletken mıknatıslar kullanarak bunları yok olmadan tuzaklayıp koruyabiliyor ve bunlarla yüksek enerjili çarpışma deneyleri gerçekleştiriyorlar.
188
Yönetim Duyuruları / Ynt: ByKuS da Yeni Üye Açılımı ve Fikirleriniz?
« : Şubat 25, 2009, 07:05:04 ÖS »
hep bunLarı fizik 2'nin ortaLamasını yükselticem die yapıonuz demi 70den yukarı almıyim demiştim ama fikrim deişmeye başLadı yavaş yavaş 
70den yukarı almıyim demiştim ama fikrim deişmeye başLadı yavaş yavaş
189
Burcunuza Göre Güncel!.. / Ynt: Burçların en kötü huyları
« : Şubat 25, 2009, 07:00:56 ÖS »
Aslan
Aslan'ın olumlu huyları : geniş düşünceli.
Aslan'ın olumsuz huyları : sabit fikirli
bu nası bi çeLişkidir ya
192
Burcunuza Göre Güncel!.. / Ynt: Hangi burçlarla anlaşabiliyorsunuz?
« : Şubat 25, 2009, 06:52:55 ÖS »
inanmayın ya yaLan doLan bunlar
193
Forum Oyunları / Ynt: Siteye Giren Arkadaşlar her gün bu konuya bakmadan geçmeyin!..
« : Şubat 25, 2009, 06:36:07 ÖS »
217
194
Forum Oyunları / Ynt: fark ettim ki..........
« : Şubat 25, 2009, 06:32:35 ÖS »
farkettim ki ders proqramı iğrenç 
195
Yönetim Duyuruları / Ynt: ByKuS da Yeni Üye Açılımı ve Fikirleriniz?
« : Şubat 24, 2009, 11:38:04 ÖS »hade len syledin bi söz arkasında dur
çıbanın başı sensin zaten suss
tosbaa!