Higgs Bozonu - Evren Bilim
Higgs bozonu, büyük bir kütle ile sıfır spine* sahip olan ve bazı fizik kuramlarında parçacıkların kütlelerini açıklamak için kullanılan temel parçacıktır.
Büyük Patlama Kuramı‘na göre parçacıkların kütlesinin olmaması gerekirken gerçekte parçacıkların kendi kütleleri var. Bu sorunun üstesinden gelebilmek için Peter Higgs ve ekibi elektronların, kuarkların ve tüm diğer temel parçacıkların gerçekten de kütlesiz olabileceğini gösteren bir fikir ürettiler. Bu fikir Higgs bozonuydu. Higgs bozonu, tüm evrene yayılmış Higgs alanı içindeki tüm parçacıklara kütle kazandırıyordu.
Higgs alanıyla etkileşime geçen parçacıklar yavaşlarlar. Bu parçacıkların kinetik enerjisi azalır; fakat yok olamaz. Çünkü enerji yoktan var edilemez ya da vardan yok edilemez. Kaybolmuş gibi görünen enerji Higgs bozonuyla etkileşime geçmiş ve kütleye dönüşmüştür. Yani, Higgs bozonu kütlesiz olması gerektiği düşünülen parçacıkların kütlelerinin olmasının sebebidir.
Albert Einstein‘ın ünlü formülü E=mc² de bize kütlenin korunması gerektiğini söyler. Higgs alanıyla etkileşime geçen parçacığın azalan kinetik enerjisi de kaybolmaz ancak parçacığın kütlesine dönüşür. Bu enerji korumuna göre kütle yüksek miktarda enerjiye eşittir. 1 kilogram kütlenin enerjisi 2008 verilerine göre dünyanın yaklaşık bir saatte kullandığı enerjiye eşit değere sahiptir.
Evrendeki temel parçacıkları ve bunların etkileşimini sağlayan elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvveti tek çatı altında toplamaya çalışan kuram Standart Model‘dir. Maddenin kütlesini ve kütlesinin etkileşimini açıklayan dördüncü ve son temel kuvvet olan kütleçekimi Standart Model’in eksikliklerinden biriydi. Higgs bozonu da kütleçekimini Standart Model’le bütünleştirerek Her Şeyin Teorisi’ne giden yolda insanlığın bir adım daha atmasını sağlıyor.
Higgs bozonunun gözlemlendiği parçacık çarpışmasının simulasyonu.
Higgs Bozonu Nasıl Oluştu?
Tüm evren, Büyük Patlama‘yla oluştuğundan fiziğin tüm kural ve kanunları da 13.7 milyar yıl önce şekillenmiştir. Yani, Higgs bozonu 13.7 milyar önce gerçekleşen Büyük Patlama’yla oluşmuştur. Ancak bu patlamayla oluşan parçacıklar ve kuvvetler bizim bugün gözlemlediğimiz farklı davranmış olabilirler. Çünkü evren patlama anında inanılmaz bir sıcaklıktayken zamanla soğumuştur. Isı, parçacıkların davranışlarını etkiler.
Evrenin başlangıcındaki gibi yüksek sıcaklıklarda Higgs alanının ortalama değeri sıfır olur. Yani; çok sıcak olduğu için yüksek enerjileri olmasının yanı sıra o dönemde parçacıklar kütlesizdi. Fakat zamanla soğuyan evren bu durumu değiştirmiştir. Evrenin sıfır ortalama değerli Higgs alanından, değeri olan bir Higgs alanına geçmesi sürecine elektro-zayıf hal değişimi denir. Eğer Standart Model, evrenin doğru matematiksel tanımıysa bu şekilde hesaplamalar yapılabilir. Ancak BHÇ’de bulanabilecek başka bir parçacık bu durumla ilgili yeni fikirler üretilmesini gerektirebilir.
Higgs Bozonu Nasıl Bulundu?
Higgs bozonu 4 Temmuz 2012‘de CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı tarafından bulundu. 8 Ekim 2013’te de Nobel Fizik Ödülü atomaltı parçacıklarının kütlelerinin anlaşılmasıyla ilgili kuramsal çalışmalarının öngördüğü parçacığın CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın Atlas ve CMS deneyleri tarafından bulunmasıyla François Englert ve Peter Higgs‘e verildi.
François Englert (solda) ve Peter Higgs (sağda)
Higgs bozonunun bu kadar önemli ve ilgi çekici olmasında iki sebep üzerinde durabiliriz:
Higgs bozonu, Standart Model’deki bulunamayan son parçacığıydı. Bu kayıp halkanın bulunmasıyla birlikte bir yığın bilimsel çalışma da ispatlanmış oldu.
Higgs bozonu, parçacıklarla ilgili düşünceleri tamamen değiştirdi. Çünkü Higgs bozonundan önce kütle, parçacıkların bir özelliği sanılıyordu. Bu keşifle ortaya çıktı ki parçacıklara kütle kazandıran Higgs bozonuydu. Eğer Higgs bozonu olmasaydı parçacıklar kütlesiz olurdu.
Higgs Bozonu’nu Bulmak Neden Zor?
BHÇ gibi yüksek enerjili çarpıştırıcılarda parçacıklar bulunurken doğrudan bu parçacıklar değil, onların bıraktığı izler bulunuyor. Örneğin Higgs bozonu çarpışmanın ardından 10⁻²² saniyede kaybolur. Ayrıca oluşan parçacığın Standart Model’deki diğer parçacıklardan biri olmadından da emin olunmalıdır. Eğer çarpışma gerçekten çok hızlı yapılabilirse oluşan parçacığın gözükme süresi uzadığından arkaplana bıraktığı iz de artar. Daha gelişmiş dedektörler yardımıyla da keşif gerçekleşebilir.
Higgs Bozonuna Neden ‘Tanrı Parçacığı’ Dendi?
Tanrı parçacığı ismini ortaya çıkaran Nobel Fizik Ödülü sahibi Leon Lederman‘dı. Higgs bozonuna bu lakabı takmasının sebebi keşfinin çok zor olmasıyla dalga geçmesidir. Fakat medya “Higgs bozonu”na göre çok daha ilgi çekici olduğu için bu keşfi “tanrı parçacığı” olarak duyurdu.
* atomu oluşturan parçacıkların kendi etraflarında yaptıkları dönüş
Bu sayfa 06.06.2018 tarihinde güncellendi. Önceki sürüm için buraya tıklayabilirsiniz.