101 soruda Kuantum, Kenneth W. Ford (Alfa Bilim Dizisi 10)
Tanrı'nın belası parçacığı anlamak için “101 Soruda Kuantum”
Sonunda medyatik parçacık keşfedildi. 4 Temmuz 2012 tarihinde CERN'in genel müdürü Rolf Hauer Higgs parçacığının kütlesinin 125 GeV' da (proton kütlesinin 125 katı) gözlemlendiğini açıkladı. Birçok yayın organında “Tanrı parçacığı”, “evrenin oluşumunu açıklayan parçacık” vb gbi sıfatlar alan Higgs bozonu gerçekte nedir?
Söylentiye göre kendisi de ünlü bir parçacık fizikçisi olan Lederman, Peter Higgs'in adını taşıyan parçacığın bulunması için gösterilen tüm çabalara rağmen bir türlü saptanamayışı dolayısıyla “kahrolası (goddamned) parçacık” demek istemiş, ancak yayıncısı kamu beğenisini gözeterek bunu “Tanrı (God) parçacığı” olarak değiştirmiştir. Uğrunda bunca para harcanan ve 50 yıldır keşfedilmeye çalışılan Higgs bozonu gerçenten bu kadar önemli mi?
Higgs parçacığı bir atom-altı parçacık, hatta temel parçacık olduğu için her şeyden önce kuantum yasalarına tabidir ve Higgs'i anlamak için biraz kuantumdan anlamak gerekir. İkinci olarak da Standart Modelin son eksik parçası olan Higgs parçacığını ancak Standart Model içinde kavrayabiliriz. Bu iki derin konuyu en iyi anlatan kitaplardan birisi 101 Soruda Kuantum.
Konusunda uzman bir fizikçi olan K.W.Ford, dikkatlice seçilmiş 101 kuantum sorusunun cevabını herkesin anlayabileceği bir şekilde vererek, kuantum kuramının üzerindeki gizemi kaldırmayı amaçlıyor. Son yıllarda çok sık rastladığımız 'yanlış kuantum önyargılarını' bu 101 soru-cevap ile çürütüyor. Kuantumun en temel özelliklerinin birer özetinin yer aldığı kitap, kuantum konusunda bilmeniz gereken her şeyi özetliyor. Amerikan Fizik Derneğinin eski başkanı olan ve ünlü fizikçi John Wheeler'in hem öğrencisi hem dostu olan Ford 101 Soruda Kuantum kitabının 98. sorusu olarak Higgs'i ele alıyor. 2010 yılında yazılan kitabın Higgs'le ilgili bölümünde okunabileceği gibi, fizikçiler uzun yıllar süren araştırmalarının sonunda Higgs parçacığının kütlesinin 115 GeV ile 141 GeV arasında olması gerektiğini saptamışlardı. Nitekim CERN'de yapılan ölçümler sonunda Higgs parçacığının 125 GeV kütlesine sahip olduğu buldu. Burada GeV bir enerji birimidir (bir milyar elektron volt) ki Einstein'ın ünlü enerji eşittir kütle formülünü hatırlarsak parçacığın kütlesini neden enerji cinsinden aldığımızı kavrarız. Ancak Higgs bozonu maddesine gelene kadar, daha önceki maddelerde yer alan SM'i okumak gerekiyor. Örneğin neden Higgs parçacığına “bozon” deniyor? Bir kuvvet taşıyıcı parçacık olan bozonlar, diğer temel parçacıklar olan fermiyonlar arasındaki etkileşimi nasıl sağlıyorlar? Bütün bu soruların cevabı 101 Soruda Kuantum kitabında yer alıyor.
İnsanlık, tarih boyunca “madde nelerden oluşur?” ve “bunları bir arada tutan şey nedir?” soruları etrafında doğayı anlamaya çalışmıştır. Sayısız deneyler ve deneylere öneri, öngörü ve yorum getiren kuramsal çalışmalar göstermiştir ki madde çok az sayıda ve oldukça küçük yapı taşlarından oluşmaktadır. Diğer bir deyimle, hava, su, ateş ve toprak bir metrenin on milyarda biri büyüklüğündeki atomlardan; atomlar kendilerinden on bin kat küçük çekirdek ile bir milyar kat küçük elektronlardan; çekirdek ise kendinden on kat daha küçük nötron ve protonlardan oluşmaktadır. Atom çekirdeğindeki proton ve nötronlar ise temel parçacık olan kuarklardan meydana gelmektedir. Böylesi küçük varlıkların davranışları günlük hayatta gözlemlediğimiz cisimlerden farklıdır: konumları ne kadar yüksek hassasiyetle ölçülürse hızları o kadar az hassasiyetle bilinebilir (Heisenberg belirsizlik ilkesi); hem dalga hem parçacık özellikleri gösterirler; devinim esnasında belli bir yörünge izlemezler; verilen bir durumdan diğerine geçerken gözlenemeyen ara durumlar yaşarlar. Bu prensipler bütünü kuantum mekaniği olarak adlandırılır. Günümüzde içinde yaşadığımız evrenin ve onu oluşturan maddenin temel yapısını çok iyi biliyoruz. Bu konuda şimdiye kadar gelişmiş ve deneysel olarak ispatlanmış en iyi teori Standart Model (SM) adı verilen bir modeldir. Evrende, bilinen dört temel kuvvetten ikisini, Elektromanyetik ve Zayıf kuvveti, aynı kuram içinde birleştiren Standart Model, fizik biliminin 20. yy' daki en büyük başarılarından biri olmuştur.
Standart modeldeki soruların bir kısmını çözmek için ortaya atılan en basit teori, bütün parçacıkların kütlesiz oluşudur! Evreni alanlar doldurmuştur, parçacıklar Higgs alanı denilen bu alanla etkileşime girerken kütle kazanmaktadır. İşte bu nedenle Higgs parçacığı önemlidir.
SM'deki parçacıkların nasıl kütle kazandırıdıklarını açıklığa kavuşturan Higgs mekanizması, ilk defa 1962 yılında Philip Warren Anderson tarafından ortaya atılmıştı. Daha sonra 1964'de birbirinden bağımsız 3 gurup, bu mekanizmayı görelilik kuramına uygun hale getirdiler: Robert Brout ve Francois Englert; Peter Higgs; ve Gerald Guralnik, C. R. Hagen, ve Tom Kibble.
Daha sonra Steven Weinberg ve Abdus Salam Higgs mekanizmasını kullanarak SM'i temellerini kurdular. SM'e göre, çok yüksek sıcaklıklarda Elektro-zayıf simetri kırılmadan dururken, bütün parçacıklar kütlesizdir. Düşük sıcaklıklarda, belli bir kritik sıcaklıkta EW simetri kırılır ve W ile Z bozonları kütle kazanır.
Yazar kitabında SM'i detaylıca tarif etmeden önce temel kuantum kavramlarını ele alıyor. Ford'un sözüyle devam edersek: “Kuantum fiziğindeki “büyük fikirlerin” kesin bir listesi yok. Ancak kuantum fiziğinin doğa kavrayışımıza kazandırdıklarının özünü yansıtan on iki fikir var. Bunların tümünün ortak noktası fiziksel dünyanın nasıl işlemesi gerektiğine dair gündelik deneyimimize dayanarak kazandığımız beklentilerle, bir diğer deyişle “sağduyuyla” çelişiyor olmaları...’’
Kuantum öbeklilik, olasılık, dalga-parçacık ikiliği, spin, üst üste binme, korunum, doğadaki hız sınırı ve kütle ve enerjiyi tek bir kavramda birleştiren, böylelikle kütleyi enerjiye, enerji kütleye çevrilebilir kılan ünlü E = mc2 … vb gibi tüm kuantum “tuhaflıklarını” tek tek ve sistemli bir biçimde, elbette soru-cevap sınırları içerisinde ele alan yazarın iddiası hiç fizik eğitimi almamış okura kuantumu ve SM'i anlatmak.
“Fizik eğitimi almadık, konu hakkında bilgimiz sınırlı” diye endişelenmeye gerek yok; kitapta her bir kavrama sırasıyla açıklamalar getiriliyor.
Kerem Cankoçak
101 soruda Kuantum
Göremediğiniz dünya hakkında bilmeniz gereken her şey
Kenneth W. Ford / çeviri: Barış Gönülşen
Alfa Bilim Dizisi 10
Princeton Üniversitesinden doktora alan fizikçi Kenneth W. Ford, çeşitli üniversitelerde ve enstitülerde görev yaptıktan sonra Massachusetts Üniversitesi Fizik bölümünden emekli olmuştur. Bir süre Amerikan Fizik Enstitüsünün başkanlığını yapmış olan Kenneth W. Ford, aldığı çok sayıda bilim ödülünün yanı sıra, bir çok popüler fizik kitabına da katkıda bulunmuştur.
‘’Kuantum fiziğindeki “büyük fikirlerin” kesin bir listesi yok. Ancak kuantum fiziğinin doğa kavrayışımıza kazandırdıklarının özünü yansıtan on iki fikir var. Bunların tümünün ortak noktası fiziksel dünyanın nasıl işlemesi gerektiğine dair gündelik deneyimimize dayanarak kazandığımız beklentilerle, bir diğer deyişle “sağduyuyla” çelişiyor olmaları...’’
Konusunda uzman bir fizikçi olan K.W.Ford, dikkatlice seçilmiş 101 sorunun cevabını herkesin anlayabileceği bir şekilde vererek, kuantum kuramının üzerindeki gizemi kaldırmayı amaçlıyor. Son yıllarda çok sık rastladığımız 'yanlış kuantum önyargılarını' bu 101 soru-cevap ile çürütüyor. Kuantumun en temel özelliklerinin birer özetinin yer aldığı kitap, kuantum konusunda bilmeniz gereken her şeyi özetliyor.
'Çok harika bir kitap. Okumaktan kendinizi almayacaksınız' Frank Wilczek, 2004 Fizik Nobel ödülü sahibi
“Bu eğlenceli ve kapsamlı kitabında Ford, modern fiziği başarıyla özetliyor. Fizikçi olmayanların anlayacağı bir dilde, en zor kuantum kavramlarını açıklıyor.”—Publishers Weekly (starred review)
“Onlarca yıl boyunca piyasada yayınlanan genel okur kitlesine yönelik modern fizik kitapları içinde en iyisi’’ Jack W. Weigel, Library Journal (starred review)
YORUM EKLE