TEKNOLOJİ

DigitalAge | 07.10.2019 - 09:54

Higgs’in Keşfi ve Sonrası (ve Hatta Öncesi)

Higgs ya da diğer ismiyle Tanrı Parçacığı 2012 yılında CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki ATLAS ve CMS deneylerinde keşfedildi. Bilim dünyası için çığır açan ve hâlâ bilinmezlerle dolu bu keşfin öncesini ve sonrasını BrandWeek Istanbul’un bu yılki konuşmacılarından İstanbul Bilgi Üniversitesi Fizik Profesörü Serkan Ali Çetin yazdı.

Sizlere önce biz parçacık fizikçileri için Higgs’in neden önemli olduğundan ve biraz da o sıkça duymuş olduğunuzu düşündüğüm ‘Tanrı Parçacığı’ ifadesinden bahsetmek istiyorum. Tüm temel parçacıkları ve onların aralarındaki etkileşmeleri anlamaya/açıklamaya yönelik kapsamlı bir modelimiz var ve buna ‘Standart Model’ diyoruz. Bu kuramsal model içinde çoğu deneysel sonuç son derece iyi bir şekilde yer alabiliyor; bu yüzden son derece başarılı bir model olduğunu söylemek hiç de yanlış olmaz. Bu model çerçevesinde açıklayamadığımız, modele oturtamadığımız bulgu ve sonuçlar ise bize bu modelin ötesinde başka bir şeyler daha olması gerektiğini söylüyor, bu hususa daha sonra değineceğim.

Tanrı’nın belası parçacık!
Konumuz olan Higgs parçacığına dönecek olursak, Standart Model’de 2012 yılına kadar açıklığa kavuşturamadığımız husus temel parçacıkların nasıl kütle kazandıkları idi. Burada temel parçacıklardan kasıt, elektron benzeri ya da protonu oluşturan kuarklar gibi parçacıklar; temel denmesindeki sebep ise bilinen en küçük yapıtaşı olmaları yani onları oluşturan bileşenler bulunmaması. 60’lı yıllarda bazı fizikçiler parçacıkların yeni tür bir alanla etkileşmeleri neticesinde kütle kazanabileceklerini kuramsal olarak öne sürdüler. Bu fizikçilerden bir kısmı bu önerilen alanın kendiliğinden de bir parçacık oluşumuna yol açabileceğini öngördü. İşte Higgs alanı ve Higgs parçacığı yaklaşık yarım asır önce böyle önerildi. Bu önermenin güzelliği Standart Model’le uyumlu olması ve kütle problemini çözmesiydi. Ancak bir problem vardı, Higgs parçacığının görülmesi ve dolayısıyla Higgs Alan Kuramının doğrulanması için hangi kütlede bir parçacık arıyor olmamız gerektiğini ve ayrıca bu parçacığın bildiğimiz diğer parçacıklarla ne şiddette etkileştiğini kuram öngörmüyordu. Haliyle deneysel parçacık fizikçilerin bu parçacığa ait geniş bir etkileşme-kütle uzayında araştırma yapmaları gerekti. Yıllar içinde bulunan sonuçlar Higgs’den iz taşımıyordu ve bu geniş parametre uzayında Higgs’in olmadığı bazı yerler belirlenerek dışlanabildi. Hatta öyle ki, 90’lı yıllarda yazılan bir kitapta Higgs hala bulunamadığı için yazar “Tanrı’nın belası parçacık” ifadesini kullanmak istedi, kitabın editörü ise bunun uygun olmayacağını ama kütlenin kaynağını oluşturmasından sebep ‘Tanrı parçacığı’ denmesinin kitabı daha dikkat çekici hale getirebileceği iddiasıyla yazarı ikna etti.

2012 yılında CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki ATLAS ve CMS deneylerinde Higgs’in keşfedilmesinden ve bir yıl sonra bu keşif dolayısıyla Higgs’i öngören iki kuramsal fizikçinin Nobel Fizik Ödülünü almasından sonra CERN’deki deneylerde alınan veri Higgs hakkında daha da fazla detay öğrenebilmemizi sağladı. Ancak bu bilgiyi, çeşitli filmlerde ya da dizilerde kullanıldığı şekliyle ‘bilim kurgu’dan öteye geçemeyecek şekillerde yormaya yorumlamaya niyetli değilim; bırakalım filmler fantastik kurgularıyla bizi etkilemeye devam etsin. Higgs’in özelliklerinin daha da detaylı öğrenilmesine hala ihtiyaç var, bunun için Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ve üzerindeki deneyler programlarını sürdürüyor. Çeşitli donanımsal iyileştirmelerle 2038’e kadar sürecek bir takvimi var CERN’deki çarpıştırıcının, ki bu iyileştirmelerden biri şu sıralar yapılmakta. Bu çaba sadece Higgs için değil elbet, yukarıda da bahsettiğim gibi Standart Model içinde açıklayamadığımız, haliyle Standart Model ötesinde var olduğundan emin olduğumuz başka doğa kanunlarını açıklığa kavuşturmak peşindeyiz. Bu tür, yani Standart Model ötesi diyebileceğimiz farklı kuramsal önermeler bulunmakta ancak henüz bunlardan hangisinin doğru olduğunu ya da henüz öngörüsü dahi yapılamamış kuramların mı doğa da var olduğunu söyleyebilecek durumda değiliz. Bu bilinmezlik diyarında ve hatta yeni şeyler öğrendikçe ne kadar daha fazla bilmediğimiz şey olduğunu idrak ettiğimiz dönemde, CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ömrünü tamamladıktan sonra dünyada ne gibi çarpıştırıcılar kurarak ne gibi ‘yeni fizik’ olaylarına hassas ölçümler yapılabileceği de epey bir süredir masada ve tam tabiriyle hummalı çalışmalar, hesaplamalar, tasarımlar yapılmakta, hatta çeşitli yeni nesil hızlandırıcı modüllerinin prototipleri hazırlanarak test ediliyor.

Temel bilimci evreni kavrayabilmek için sorular sorar
Böyle geniş bir özetten sonra genel olarak karşılaştığım iki farklı yaklaşım oluyor; biri anlatılanlarla ilgili daha da fazla merak gidermeye yönelik sorularla dolu, diğeri ise bunların ne işe yarayacağı, günlük hayatı nasıl etkilediği yönünde. Bu sefer bu iki yaklaşımın ortasında bir yerlerden ilerlemeye çalışacağım. Temel bilimlerin sanat ve spordan ve hatta uygulamalı bilimlerden ‘temel’ farklarından biri herkes tarafından anlaşılmak ve hatta önemsenmek konusunda doğası gereği dezavantajlı bir konumda olması sanırım; popüler anlamda ilgilenenler için derinleşmeye başladıkça kavramakta zorluğun artması, ilgilenmeyenler için ise doğrudan bir çıktı, ürün ya da teknoloji oluşturma hedefi olmadığından gereğinin çok net anlaşılmaması. Temel bilimci, saf bir merakla evreni kavrayabilmek adına sorular sorup bunların cevaplarını ararken derdi elde edebileceği bilginin ne işe yarayabileceği olmuyor; zaten sonunda ‘işe’ yarar bilgi ya da ürün elde etmeyi hedefleyen alanlara uygulamalı bilim ve mühendislik diyoruz. Ama aslında bu alanların hepsi muazzam güzellikteki bir ekosistemin parçaları. Temel bilimcinin oluşturduğu bilgi havuzu, uygulamalı bilimci ve mühendisin faydalandığı bir veri bankası haline geliyor aslında, onların geliştirdiği ürünler ise temel bilimcinin daha da fazla bilgi edinmek için ihtiyaç duyduğu donanım ihtiyacını karşılıyor. Hatta kimi kez (belki de çoğu kez), mühendisler tam da temel bilimcinin ihtiyaç duyduğu zorlu ve nasıl yapılabileceği henüz düşünülmemiş donanım ya da mekanizmaları tasarlamayı önceliklendiriyorlar. Bu tür geliştirilen donanım ve mekanizmaların teknolojileri ise zaman içinde sağlıktan gıdaya, eğitimden iletişime farklı alanlarda kendine kullanım şekilleri buluyor ve hatta bugün için ‘sıradan’ olarak nitelendirebileceğimiz hayat standartlarımızın çoğu aslında bu ekosistem içinde yaratılabiliyor. Başka bir deyişle 0’dan 1’e ulaşmayı hedefleyen temel bilimciyle, 1’i bin yapmayı hedefleyen uygulamalı bilimci ve mühendisin mükemmel bir uyumu ve birbirine ihtiyacı söz konusu.

Aslında iletişim imkanlarının çeşitlenmesi ve bilgi ve habere erişimin kolaylaşmasıyla daha bağlı/yakın (connected) bir hayat tarzının içindeyiz; içinde bulunduğumuz dijital çağın meyvelerinden biri. Günümüzün önemsenmeyecek bir kısmını geçirdiğimiz sosyal medya hesaplarından, ihtiyaçlarımızı gidermek üzere kullandığımız her türlü e-ticaret ve e-devlet uygulamasına kadar birçok vazgeçilmezin aslında 1991 yılında ‘www (World Wide Web)’in CERN’de icat edilmesiyle başladığını artık hatırlayamayabiliyoruz, belki de bazılarımız yeni öğreniyor. Bu örnekten yola çıkarak vurgulamak istediğim konu ise şu: www sisteminin doğması tamamen CERN araştırmacılarının ihtiyacı üzerine gerçekleşmiştir, bugünkü kullanım şekli ne hedeflenmişti ne de hayal edilebilirdi. Benzer şekilde bilgisayar faresinin ve dokunmatik ekranın da ilk kez 70’li yıllarda CERN’deki hızlandırıcı kontrol odasındaki ihtiyaçları karşılamak üzere icat edildi.

Parçacık hızlandırıcılarının birçok uygulama alanı var
Bu örnekleri çoğaltmak mümkün ve ancak tamamını kapsamak, en azından benim için, imkansız. Parçacık hızlandırıcılarının zaman içerisinde birçok uygulama alanı yeşerdi; dayanıklı malzeme üretiminden su arıtmaya, daha hızlı kuruyan mürekkep üretiminden tohum ışınlamaya, yanmaz kablo üretiminden medikal sterilizasyona kadar… Tıp alanında ise tanı ve teşhis için gerekli olan görüntüleme yöntemlerinden (PET gibi), tedavi için kullanılan ışınlara kadar (hadron tedavi gibi) hayatımızı uzatan ve daha kaliteli yaşam sağlayan teknolojiler mümkün oldu. Bunlar Higgs’in keşfiyle mümkün oldu demiyorum ama, ister Higgs olsun ister aranan ya da bulunan diğer parçacıklar veya kuramlar, önemli olan doğayı anlamak sevdası, kararlılığı, çabası ve vizyonu. Yukarıda bahsettiklerim ise bu ekosistem içerisinde temel bilimlerin tetiklediği mühendislik harikası ürünler.

Aklınıza “Biz bu işlerin neresindeyiz?” sorusu takılabilir; takılsın ne olur. Cevabım ise acı biraz; temel bilimcinin nefes almak için çabaladığı, çoğalamadığı, yurt içinde yukarıda bahsettiğim ekosistem kültürü yeşermediğinden mühendis ve uygulamalı bilimcilerin temel bilimcilerle kendi mutfağımızda birlikte çalışacak doğru zemine sahip olamadığı bir durumdayız. Gerek insan kaynağı gerekse alt yapı oluşturmak için henüz rayına oturmamış bir trendeyiz. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’ndaki deneylerde yer alan gençlerimiz de var, geleceğin çarpıştırıcılarının tasarımında yer alanlar da. Hatta yerli hızlandırıcı tasarlayıp üretmek için çalışanlar da. Ama taşıma su ile her şey bir yere kadar… Bunun değişmesi ve düzelmesi için sarf ettiğimiz çabalardaki en büyük enerji kaynağımız ise çalışkan, meraklı ve başarılı gençlerimiz.