Higgs Bozonu evreni yok edebilir mi?
Tanrı Parçacığı, Stephen HawkIng’in söylediği varsayımındaki gibi, uzay ve zamanın çökmesine sebep olabilir mi?
Tanrı Parçacığı, Stephen Hawking’in söylediği varsayımındaki gibi, uzay ve zamanın çökmesine sebep olabilir mi?
Evren her an bir yokluğa dönüşebilir, sorumlusu ise yakın zamanda keşfedilen bir parçacıkla ilişkili. Higgs Bozonu olarak bilinen Higgs parçacığı, 2012 yılında Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın (LHC) ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS – Torus şekilli LHC Cihazı) ve CMS (Compact Muon Solenoid – Kompakt Müon Selenoidi) detektörlerinde keşfedildi. LHC, Cenevre, İsviçre’deki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde (CERN) yer alan, yer altına yerleştirilmiş 27 kilometre uzunluğunda dev bir parçacık hızlandırıcı. Higgs parçacığının varlığı ilk olarak aralarında Peter Higgs’in de olduğu bir grup bilim insanı tarafından öngörüldü ve 2013 yılında Peter Higgs’e, François Englert ile birlikte, Nobel Ödülü’nü kazandırdı. Higgs ve Englert öngörülerinde, bilim insanlarının 1960lardan beri yeni parçacıkları keşfetmek için kullandıkları Standart Model’i kullandılar. Higgs parçacığı Standart Model’in erken dönemlerinden beri modele dahildi ancak çok az kişi bir gün keşfedilebileceğini öngörüyordu. Higgs alanı madde parçacıklarına (hatta Higgs Bozonu’na da) kütle özelliği kazandırır.
Buna rağmen, Higgs Bozonu’nun keşfi bilim insanlarını ikiye böldü. Bazıları keşiften dolayı mutlu olup ayakta alkışlarken, bazıları da Standart Model daha beklenti dışı ve ilginç bir şey çıkmadığı için hayal kırıklığına uğradı. Buna rağmen Higgs heyecan verici bir şey olarak ortaya çıkabilir. Dünya’nın gelmiş geçmiş en ünlü bilim insanlarından birisi olan muhteşem Stephen Hawking, varsayımsal olarak
Higgs parçacığının eninde sonunda tüm evreni ve içindeki her şeyi yok edeceğini ileri sürdü. Daha önce de birçok bilim insanı benzer savlar ortaya atmıştı ancak Hawking’in öngörüsü 2014’de medyada geniş çapta yankı uyandırdı ve çoğunlukla sorgulanmadan yayınlandı. Ancak bu söylem, Hawking’in söylediklerinin yanlış aktarılmasıydı ve hemen göze çarpmayan ve önemli bir bilimsel yanlış anlaşılmanın ürünüydü. Tenerife’deki Starmus Festivali’nde Hawking şu yorumu yapmıştı: “Higgs potansiyeli 100 [milyar] gigaelektronvolt (GeV) veya üzeri enerjilerde yarı-kararlı hale gelebilecek, kaygı verici bir özelliğe sahip. Bu, gerçek vakumun bir balon gibi genişleyip evreni vakum bozunması felaketine sürüklemesi demek. Bu olay her an gerçekleşebilir ve biz gerçekleşiyor olduğunu anlayamayız bile.” Bu söylem kulağa korkutucu gelse de, medyanın 2014 yılında Hawking’in söylediği şeklinde yayınladığı ifadelerden farklı. Gigaelektronvolt ve megaelektronvolt (MeV), parçacık fizikçilerinin atomaltı parçacıkların kütlesini ifade etme şeklidir. Örneğin, proton yaklaşık olarak bir GeV kütleye sahipken, Higgs Bozonu 125 GeV kütleye sahiptir. Hawking söyleminde, evrenin tamamına yayılmış olan, Higgs Alanı’ndan bahsediyor, Higgs parçacığından değil; ikisi birbiriyle bağlantılı ancak aynı şey değil. Bunu anlamak için elektron ve elektrik alanı düşünebilirsiniz; her ikisi birbiriyle bağlantılı ancak tamamıyla farklı şeyler. Vakum bozunması felaketi, evrenin gerçek ‘temel’ seviyesinde olmaması yani her an çökebilecek olması demek. Hawking söyleminde Higgs parçacığından değil, Higgs Alanı’ndan bahsetmişti. Peki, Hawking’in bahsettiği bu olağanüstü durum gerçekten nedir?
Uzaydaki vakum, gerçek bir vakum değil. Gerçek vakum mümkün olan en düşük enerji seviyesi demektir ancak
Higgs Alanı’nın tamamına yayıldığı bir evren bu durumda olamaz. Buna bir benzeştirme, gerçek vakumun depresyonun dibi olduğu şeklinde yapılabilir; böyle bir durumda daha dibe inilemez. Şimdi bizim evrenimizin, depresyonun dibindeki bir tümsek üzerinde, her an düşecekmiş gibi durduğunu hayal edelim. Bu bizim için en düşük seviyede olduğumuz hissiyatını oluşturabilir fakat durum öyle değil. İşte bu, her ne kadar gerçek vakum gibi görünse de ‘sahte vakum’un tanımı. Evrenimiz daha düşük bir enerji seviyesine çökme tehlikesinde olduğu kararsız bir ‘tümseğin’ üzerinde olabilir mi? Dahası, Higgs Alanı bunun sorumlusu olabilir mi? Bazı bilim insanları, bu konuda, Hawking’le aynı görüşe sahipler. Illinois, Fermilab’dan Dr. Joesph
Lykken, Amerikan Bilimi Geliştirme Derneği’nin 2013 yılındaki toplantısında şunları söyledi: “Standart
“Gerçek vakum mümkün olan en düşük enerji seviyesi demektir ancak HIggs Alanı’nın tamamına yayıldığı bir evren bu durumda olamaz.”
Model’de, Higgs’in kütlesini bildiğiniz zaman yapabileceğiniz bir hesaplama var. Bildiğimiz tüm fiziği kullanarak bu kolay hesaplamayı yaptığınızda, kötü bir habere ulaşıyorsunuz.” Lykken hesaplamanın kuantum dalgalanmaların nasıl oluşturulabileceğini gösterdiğini anlatıyor; bu dalgalanmalar baloncuklar yaratarak, vakumu daha düşük bir seviyeye doğru itebilir. Bu baloncuklar ışık hızında hareket ediyor ve evrenin daha düşük bir enerji seviyesine çökmesine sebep olabiliyor, bu da evrenin bambaşka bir evren haline gelmesi demek. Kulağa ne kadar tuhaf gelse de Lykken bunların gerçekleşme olasılığının astronomik olduğu ve belli bir kozmolojik sürece bağlı olduğu konularında bizi temin ediyor. Tüm bunlar gerçekleşecekse de, en iyi ihtimalle en az 10100 yıl sonra gerçekleşeceğini belirten Lykken sözüne şöyle devam ediyor: “...dolayısı ile evinizi, barkınızı satmamalı ve vergilerinizi ödemeye devam etmelisiniz.” Böyle bir zamana kadar Güneş Sistemi ve galaksimiz çoktan yok olmuş, yıldız oluşumu durmuş, tüm yıldızlar ölmüş ve evren karanlık bir boşluk haline gelmiş olacak. Endişelenecek bir şey olmasa da Higgs’in evreni yok etmesi, küçük de olsa, halen bir olasılık. Dahası, evrenin, tüm bunlarda bir suç ortağı olması! Peki nasıl? Evren 13,8 milyar yıl önce oluştuğunda (bu rakam NASA’nın Wilkonson Mikrodalga Anizotrop Probu’ndan (WMAP) elde edilmekte) genişledi ve azalan bir oranda genişlemeye devam etti. Bu genişleme günümüzde halen devam ediyor. Ancak, 1990larda yapılan gözlemler bu genişlemenin 5 milyar yıl önce hızlanmaya başladığını gösteriyor. Evrenin enerji yoğunluğunun %70’ini oluşturan, ne olduğu bilinmeyen ve çok güçlü bir kuvvet uzayı genişletiyor. Doğası henüz bilinmeyen bu olguya karanlık enerji deniyor. Bu bizim için bir kaygı konusu değil ancak uzak gelecekte Higgs Alanı’nın genişlemekte olan evrene baskın gelmeye başladığını ve onu kararsızlaştırdığını hayal edin. Peki, Higgs neden böyle davranmak zorunda? 125 GeV kütlesi ile Higgs Bozonu çok büyük kütleli bir parçacık -protonun kütlesinden çok daha büyük. Bu kadar büyük kütleli bir parçacığın var olabilmesi için Higgs Alanı çok yüksek bir enerjiye sahip olmalı. Einstein 1905 yılında, özel görelilik üzerine yayınladığı makalesinde, kütle ve enerjinin bir madalyonun iki yüzü gibi olduğunu belirtti. Bu durum meşhur E = mc2 denklemi ile ifade ediliyor. Standart Model, büyük kütleli parçacıkların ‘yarı-kararlı’ olduğunu öngörüyor, yani bu parçacıklar kararlılık ve kararsızlık arasında bir yerde duruyor. Einstein’ın denklemine göre, parçacıklarla bağlantılı olan alanlar, bu derece kütleli parçacıklar üretebilmek için, çok fazla enerjiye sahip olmalı. Higgs Alanı’ndaki bir değişim, gelecekte de var oldukları düşünülürse, evrendeki diğer tüm parçacıkların kütlesini değiştirebilir. Kaliforniya’daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’nda çalışan ve
“Bu kadar büyük kütleli bir parçacığın var olabilmesi için HIggs Alanı çok yüksek bir enerjiye sahip olmalı.”
LHC’de ATLAS takımının bir üyesi olan Dr. Tim Barklow “O zaman geldiğinde tüm fizik kanunları değişecek ve her şey paramparça olacak.” diyor. Sonuç olarak, Higgs Alanı konusunda endişelenmeli miyiz? Rusya’nın Ortak Nükleer Araştırma Enstitüsü’nden Alexander Bednyakov, bir grup bilim insanıyla beraber 2015’in sonlarına doğru, LHC verisi üzerinde detaylı analizler gerçekleştirdi. Güçlü kuvvet etkileşimlerini ve diğer kuantum düzeltmeleri de dahil ederek itinalı bir çalışma ortaya koydular. En iyi teorik yaklaşımlara göre, evrenin gerçekten de yarı-kararlı bir durumda olduğu sonucuna vardılar. Diğer taraftan, kullandıkları parametre değerleri, geçmiş çalışmalardan farklı olarak, mutlak bir kararlılığa daha yakın sonuçlar ortaya çıkardı. Evrenin sonuyla ilgili birkaç farklı senaryo daha olduğunu hatırlamak önemli: Büyük Yırtılma, Büyük Donma, Büyük Çöküş ve evrenin ısı ölümü. Higgs, tüm bunların arasında başka bir senaryo; fizikçilerin gerçekleşmesini çok olasılıksız gördüğü bir senaryo.