CERN BÖLÜM-3 İZAFİYET TEORİSİNDE SONUN BAŞLANGICI MI?

Geçtiğimiz ay sonlarında CERN’den yapılan açıklama belki de bugüne kadar

CERN’den yapılan açıklamaların en sansasyoneliydi. Açıklamada nötrinolarla yapılan

deneylerde ışık hızının yaklaşık 6 km hız farkla geçildiği belirtiliyordu. Einstein ile en parlak

günlerini geçiren modern fizik kuramlarına göreyse böyle bir şeyin gerçekleşmesi mümkün

olmadığını biliyoruz. Bugüne kadar henüz tam olarak kanıtlamasa da İzafiyet teorisini

destekleyen önemli deneysel veriler mevcut. Ancak bu teorinin çıkış noktasını ışık hızının

geçilemeyeceği fikrinin yattığı düşünülürse, 20.ve 21. yüzyılın merkezine oturmuş temel

kuram olan İzafiyet teorisinin çürütülmesi, Einstein’ın Newton fiziğine çağ atlatmasına benzer

şekilde son yirmi yıldır kısır bir döngüye giren modern fiziğin beklenen patlamayı yapmasını

sağlayabilir.

Öncelikle işe nötrinoları tanımakla başlayalım. Neredeyse kütlesiz bir parçacık olan

nötrinoların karanlık madde çeşitlerinden biri olduğu düşünülüyor. Normal maddeyle

etkileşimleri hemen hemen hiç yoktur, hatta şuan da muhtemelen içinizden trilyonlarcası akıp

geçmektedir. Evremizdeki bu nötrinoların en büyük kaynağıysa Güneş. Güneşteki her

hidrojen yanmasında iki adet nötrino meydana geliyor, böylece Güneşteki sürekli yanma

evremize trilyonlarca nötrino yayıyor. Opera deneyinde üzerinde çalışan bu maddenin en

önemli özelliğiyse aldığı yol kadar değişime uğraması. 1960ların sonlarında iki astrofizikçi

Raymond Davis ve John N. Bahcall Homestake deneyinde dünyamıza gelen nötrinoları daha

yakından inceleme amacıyla bir detektör kurdular. Bu detektörün amacı dünyamıza Güneşten

bir günde gelen yaklaşık 10 katrilyon nötrinonun bir tanesini saptayabilmekti. Fakat üç günde

bir nötrino ancak tespit edilebildi. 2000’li yıllara geldiğimizdeyse nötrinoların üç tür olduğu

anlaşıldı. Yani Güneşten tek tür olarak çıkan nötrinolar dünyamıza gelene kadar değişim

geçiriyolardı (bu olaya nötrino salınımları denmekte). Opera deneylerinde de amaç bu ikinci

tür ve üçüncü tür geçişlerini incelemek.

Şekil 1 Dünyada ilk gözlemlenen nötrinonon fotoğrafı Nötrino İtalyanca çok küçük anlamına geliyor. Kendisine bu isim ünlü İtalyan fizikçi Enrico Fermi tarafından verilmiş. İtalya halen parçacık fiziğinde dünyada önde gelen ülkelerden.

İtalyanların küçük bir yerleşim birimi olan Gran Sasso’daki laboratuar dünyadaki en ünlü parçacık fiziği merkezlerinden.

Şekil-2 CERN Gran-Sasso laboratuarları arasında gerçekleşen Opera deneyinde 730 kmlik bir düz tünelde nötrinoların geçişi kaydediliyor. Giriş ve çıkış zamanları ileri teknolojik donanıma sahip cihazlarla ölçüldüğünde nötrinoların hızlarının

ışık hızının yirmide biri kadar daha hızlı olduğu ortaya çıkıyor.

Tür geçişlerini anlamak için şöyle bir örnek verelim. Elinizde toplam 3 çeşit renkte siyah, beyaz ve gri top olsun. Beyaz topu yani beyaz nötrinoyu ışık hızına yakın bir hızda İstanbul’dan CERN’e gönderirsek topumuz gri veya siyah olarak CERN’e ulaşacaktır. Daha uç bir örnek verecek olursak, eğer maddeden değil de karanlık madde olduğunu tahmin ettiğimiz nötrinolardan oluşmuş olsaydık uzaydan geri dönen astronotların akıbetini birazda sizin hayal gücünüze bırakıyorum.

Peki ya gerçektende ışık hızını aşmış olabilir miyiz? Zamanda yolculuk yaparak bu

soruya mantıklı bir cevap aramak şimdilik bana kulağa en mantıklı gelen fikirmiş gibi geliyor.

Şekil -3 Işık Konisi Dünya üzerinde gözlemlediğimiz bütün hareketler ışık konisi içinde bir doğruda temsil edilir. Dünya çizgileri olarak nitelendirilen bu doğrular ( şekilde konum zaman eğrisi) hiçbir zaman parçacığın bu doğru üzerinde

hareket ettiği anlamı taşımaz, sadece hareketin ışık hızından daha düşük hızlarda gerçekleştiğini gösterir. Koninin içinde hareketler daima neden-sonuç ilkesini sağlarken nötrino, eğer geçekten ışıktan hızlı ise, bu genel ilkeye uymayarak

hareket ediyor demektir. Dünya çizgilerinin harita düzlemi üzerindeki izdüşümü parçacığın yer küre üzerinde nereden nereye gittiğini, zaman ekseni üzerindeki izdüşümü ise yolculuğun ne kadar zaman içersinde yapıldığını belirtir. Zaman

eksenindeki ok zamanın akış yönünü gösterir.

Şimdi olayı biraz somutlaştıralım. Şekil 4’deki her nokta gerçekleşen bir olaya denk gelir. A noktası sizin bu yazıyı okuma anınızı temsil etsin. A noktasından B noktasına bu bilgiyi ışık hızını geçen nötrino iletsin. Sinyal görüldüğü gibi gelecek zamanı belirleyen ışık konisinin içinde yer almaz çünkü ışıktan daha hızlı hareket etmektedir. Üst koninin gelecek alt koninin geçmiş bir diğer deyişle üst koninin sonuçları alt koni nedenleri içerdiğini düşünürsek, zaman mekan kavramı ilişkisi gereği nötrinomuzun sinyali AB’ olarak yansır. Yani sinyalin taşıdığı bilgileri gözlemleyen koordinat sistemi A olayı gerçekleşmeden bu olayı C anında görür. Bunun anlamı aslında sizin bu yazıyı okuyacağınızı bilmemiz anlamına gelir.

Şekil -4 Zaman ve uzay ilişkisinin koordinat sisteminde modellenmesi

Geleceği görmenin ilk koşulu bu fiziksel sinyalin gerçekleşmesi gibi duruyor. CERN’den yapılan açıklamada sonuçların 15000 defa tekrarlandığı, hata ihtimalinin üzerinde sıklıkla durulsa da herhangi bir hataya rastlanılmadığı özellikle belirtiliyor. Şimdi sonuçların Amerika ve Japonya’daki merkezlerde teyit edilmesi bekleniyor. CERN uzmanları da kendilerini de şaşırtan bu sonuca temkinli yaklaşıyorlar. Deneyin başkanı Antonio Ereditat’ın sözleri CERN’in bakış açısını özetle nitelikte. “Şimdilik hiç bir şey iddia etmiyoruz. Toplumun bu çılgın sonucu anlamakta yardımcı olmasını istiyoruz - çünkü bu çılgınlık ve elbette sonuçları da çok ciddi olabilir."

CERN başarılı ve sistemli bir çalışmayla modern fiziğin son on yıldaki en büyük

destekleyicisi olmakta kalmadı, bilimsel çalışmalar yönünden Amerika ve Japonya’dan bir

adım geri kalan Avrupa’ya önemli bir dinamizm getirdi. Şu an gerçekleştirilen deneylerin

önümüzdeki 15 -20 yıl daha sürmesinin bekleniyor olması CERN’nin daha uzun süre

konuşulacağını gösteriyor. Peki tüm bu gelişmelerin, ilerlemelerin, keşiflerin sınırı ne olmalı?

Cevabı yine en güzel Einstein veriyor: “Dünyada tek bir çocuk dahi mutsuz olduğu sürece,

büyük icatlar ve ilerlemeler yoktur.”

KAYNAKLAR

http://press.web.cern.ch/press/PressReleases/Releases2011/PR19.11E.html

http://abyss.uoregon.edu/~js/ast123/lectures/lec22.html

http://bigthink.com/ideas/40441?page=all

http://www.lngs.infn.it/lngs_infn/index.htm?mainRecord=http://www.lngs.infn

.it/lngs_infn/contents/lngs_en/research/experiments_scientific_info/

http://www.bilimania.com/haber/505/hizli-notrinolar-ve-zamanda-yolculuk

Mehmet Cem Ateş