higgs | Erhan Kılıç

Kütlemiz Nereden Geliyor? Higgs’den Değil!

17 September 2014/0 Comments/in Fizik /by Erhan Kılıç

21 Gram….

Eğer 70 kilo iseniz 21 gram vücudunuzdaki tüm elektronların kütlesidir. Bu 21 gram tamamen Higgs mekanizmasından gelmektedir. Bunun anlamı; elektronlarınız uzay ve zamanda hareket ederken higgs alanı ile etkileşime girerler ve bu etkileşimden dolayı kütle kazanırlar. Higgs alanı elektronları yavaşlatır ve ışık hızına ulaşmasını engellerler. (Higgs Bozonu Higgs Alanı Nedir?)

Fakat sizin veya etrafınızdaki her şeyin kütlesinin büyük bir bölümü Higgs mekanizmasından gelmemektedir. Higgs mekanizması, Standart Model dediğimiz parçacık fiziğinde, elektron gibi atom altı parçacıkların kütlesini nasıl kazandıklarını ortaya koyan bir mekanizmadır. Kütle daha farklı bir yerden gelmektedir. Kütlenizin büyük bir kısmı Nötron ve Proton gibi parçacıklardan gelmektedir.

Nötron ve Proton atom altı parçacıklar değildir, kuark denilen atom altı parçacıklardan oluşmuşlardır.

Kuantum Renk Dinamiği (İngilizce: Quantum Cromer Dynamics) teorisine göre kuarklar birbiriyle Gluon denilen başka bir atom altı parçacık aracılığı ile etkileşirler. Cromer antik yunanda renk anlamına gelmektedir. Kuarklar renk denilen bir yüke sahiptirler. Bildiğimiz üç ana renk; kırmızı, mavi, yeşil. Elbette görülebilir ışıkla görülmesi için oldukça küçüktür kuarklar. Bu renkler Güçlü Nükleer Kuvvetin yükleridir. Renklerle isimlendirmemizin sebebi görülebilir ışıktaki ana renklere benzemektedir ve kuarkların birbiri ile etkileşimini anlamamıza yardımcı olur. Bir başka yazımda tetrakuarklardan bahsetmiştim. (Cern’de Tetrakuark’ların Keşfi ve Quark Yıldızları)

Kurallar basit. Kuarklar var olabilmesi için renksiz veya beyaz olmalıdır. Bunu yapabilmek için iki yönteminiz vardır. Üç ana rengi bir araya getirmek ya da bir kuark ile anti-kuarkı bir araya getirmek. Şimdi ise kuarklar bir araya geldiğinde ne olduğunu anlatalım.Bir çoğunuz belirsiz ilkesini bilmektedir. Belirsizlik ilkesi ile kuantum evreninde boş uzay diye bir şeyin olmadığını anladık. Boş uzayda aslında hiçlikten ödünç enerji alarak bir parçacık ve anti-parçacık ikilisi oluşup kısa sürede bir araya gelerek yok olurlar. Bu yok olma esnasında oluşan enerji ile ödünç aldıkları enerjiyi geri ödemiş olurlar. Kuarklar bu renk sistemi ile bir araya geldiklerinde kendi aralarında gerçekten boş uzay oluşmuş olur. Orada parçacık ve anti-parçacık ikilisinin oluşup yok olması yoktur artık. Burayı aklınızda tutun.

İşin güzel yanına gelirsek kuarklar bu renk kuralından dolayı tek başına bulunamazlar ve biz bir arada olan kuarkları asla ayıramayız. İstersek sonsuz enerjiye sahip olalım. Bunun sebebi ise kuarkları birbirinden uzaklaştırdıkça onları ayırmamız gereken enerji gitgide artacak. Bir noktaya geldiğinde verdiğimiz bu enerji kuark ve anti-kuark ikilisi oluşturmamızı sağlayacak. Bu sefer elimizde ayırmak isteyeceğimiz iki tane kuark grubu bulunacaktır. Bunu anlayabilmek için kuantum belirsizliğine dönelim. Parçacık ve anti-parçacık ikilisinin ödünç enerji alarak ortaya çıktığını söylemiştik. Verdiğimiz enerji ödünç almadan iki parçacık oluşmasını sağlar. Ya da ödünç almış parçacıkların borcunu ödeyerek özgür kalmalarını sağlamış oluruz.

Fakat kuarkların kütlesi, protonun kütlesinin sadece %1’ni oluşturmaktadır. Kuarklar higgs alanı ile olan etkileşimi de biraz kütle kazandırır ama fazla değildir. Peki geri kalan kütle nereden gelmektedir?

Cevap enerjidir. Einstein’in ünlü formülünü bilirsiniz. Kim bilmez ki! Bu formüle göre çok küçük bir kütlede çok büyük bir enerjiye sahibizdir. Fakat bu formüldeki eşitlikte biraz değişiklik yaptığınızda durum netleşir. E=mc²‘yi şu şekilde değiştirirsek eğer; m=E/c²; çok fazla enerjiye sahip olursak kütleye de sahip olacağımız anlamındadır. Enerji/Madde ikilemi. Bir madalyonun iki yüzü. Einstein elindeki sıcak çay ile dolu bardağın, soğuk çay ile dolu bardaktan daha faza kütleye sahip olacağını belirtmişti. Bu doğruydu çünkü sıcak çay daha çok enerjiye sahiptir.

Bu protondaki enerji; kuarklar arasındaki Güçlü Nükleer Kuvvet alanındaki yoğun enerjidir. Renk sistemi oluşurken kuarklar arasında hareket eden kütlesiz gluon parçacığı, gerçek boşluğu oluşturmak için çok fazla enerji taşımaktadır. Bu enerji de protonun asıl kütlesini oluşturmaktadır. Yani kütlenizin %99u enerjidir.

İsterseniz buradan atomun %99’u boştur bilgisini de ekleyerek aslında neyiz tartışması yapabilirsiniz ama pek faydalı görmemekteyim ve tavsiye etmemekteyim. Çünkü insan ister mikro evren olsun ister makro evren, mesafeleri gözlerinde canlandıramadığı için kendi büyüklük ölçüsüne göre değerlendirme çalışmaktadır. Bu da onu garip düşüncelere itmektedir. Yakında kuantum fiziğini, klasik fizik bakış açısıyla bakarak anlamaya çalışanlara yazdığım yazımda anlayacaksınız.

Çoklu Evrenler Test Edilebilir mi? Kabarcık Evrenler!

18 July 2014/1 Comment/in Astronomi, Fizik /by Erhan Kılıç

Big bang anını düşünün. İlk başta sadece içinde enerji (karanlık enerji, vakum enerjisi, enflansyon ya da diğer adıyla higgs alanı –bunlar astrofiziğin derin kavramlarındandır–) ile kaynayan vakum vardı. Tencerede kaynayan suda kabarcıkların oluşması gibi kabarcıklar oluştu….

Her bir kabarcık başka bir vakum alanı haline geldi fakat enerjileri daha azdı. Bu enerji kabarcıkların genişlemesine yol açtı. Bazıları diğer kabarcıkları başka kabarcıklara çarpmasına neden oldu. Bazılarının ikinci kabarcıklar oluşturması da muhtemel. Belki parçacıklar azdı ve birbirnden uzaktı belki de çok yakındı. Bu kabarcıklardan her birisi bir evren ve bizim evrenimiz de bu kabarcıklardan birisi olabilir.

Ne kadar çok belki yazdım değil mi? İşte test edilmesi imkansız ve bu yüzden bilimin tam olarak içinde olmayan ve metafizik diyebileceğimiz kabarcık çoklu evren hipotezi budur. Belki beni hayal gücümün kısıtlılığından yere vurmaya çalışacaksınız ama belkilerle gerçeğe varılmıyor. belkiler bir yerde duruyor eğer bir gün test edilebilir olur ya da ispatları ortaya çıkarsa bilime giriyor. Yoksa her belki diyene inanırsak. Neyse konumuza dönelim…

Şişme teorisi denildiği zaman vakum alanı da kaçınılmaz oluyor. Her ne kadar kütleçekim dalgaları ile ispatlanmış olsa da (tabi ki son yazılarımda sallantıda olduğunu da belirtmiştim) kabul etmeyen kesimler de mevcut. Şişme teorisi en kısa hali ile big bangden çok kısa zaman sonra evrenin muazzam hızlarda genişlemesidir. Sayılarla ifade edeceksek eğer nanometre boyutundaki bir uzay-zamanın saniyenin trilyonda trilyonda trilyonda bir kesiminde 250 milyon ışık yılına genişlemesidir. Astrofizikçiler için bir çok şeyi açıklayabilmenin tek yolu şimdilik bu gözüküyor.

Şişme teorisine ilk başta vakum alanında olan higgs alanının sebep olduğu düşünülüyor. Aslında bunu da burada belirteyim. Vakum alanını, negatif basıncını ben daha tam olarak kafamda oturtamadım. Oturtup anlatanı da göremedim. Eğer kafamda tam oturtabilirsem bir gün detaylı bir yazı yazacağım onlar hakkında. Konumuza geri dönelim şimdi. Higgs alanının sıfırdan farklı enerji seviyesinde (0 burada en düşük enerji seviyesi oluyor) negatif basınca sebep veriyor ki bu negatif basınç ters kütleçekimi etkisi oluşturuyor. Yani itici güçteki kütleçekimi. Kütle olmayan yerde kütleçekimi nasıl olur diye düşünmeyin. Negatif basınçta oluşabiliyor. Ve bu ters kütleçekimi higgs alanı 0 enerji düzeyinin de altına düşene kadar devam ediyor. İşte gerisi klasik hikayemiz. Higgs alanı eksi değerde olduğu için bizimle etkileşiyor ve bize kütle kazandırarak kendisini 0 enerji düzeyine tamamlıyor evren oluşuyor filan. Anlamadığınız yer doğal olarak olabilir kolay konular değil. Bana soru sorabilirsiniz istediğiniz vakit. Asla çekinmeyin.

Şimdi vakum alanı kavramının olması sebebini de açıkladığımıza göre neden çoklu evrenlere yol açtığını da belirtmiş oldu. Vakum alanı demek kabarcık evrenler hipotezine yol açmak demek. Fakat test edilemiyor. Bu yüzden metafizik kavramda kalıyor alsında. Ortak Çevre Fakültesinden Matthew Johnson ve takım arkadaşları burada devreye giriyorlar. Kendileri araştırmanın bu resimde neyin nerenin test edilebilir olduğunu bulmak olduğunu ifade ediyorlar. İlk amaçları ise vakum alanında iki tane kabarcık evreni olduğu gibi bilgisayarda çarpışmalarını ve sonra neler olacağını simüle etmek. Tabi burada atomlarına, yıldızlarına, galaksilerine varacak detaylı bir simüle yapmayacaklar. Hatta bunların hiç biri simülasyonda olmayacak. Sadece yer çekimi ve vakum alanında kabarcıkların oluşmasına sebep olan şeyleri kullanacaklarını ve yeterli olacağını öngörüyorlar. Zaten öbürtürlü böyle bir sümilasyona işlem ve maliyet gücünde aşırı zorlanırlardı. Şuradaki yazımda da kontrol edebileceğiniz üzere (Hazır Olun! Evren Simüle Edildi!) 8bin işlemcili süper bilgisayarda bile görülebilri evrenin simülasyonu kaç ay sürmüş.

Normalde eğer iki kabarcık evrenin çarpışması gerçekleşmiş ise ya gökyüzünde ya da mikrodalga kozmik fon ışımasında gözükeceğini düşünüyorlar ve nereye bakacaklarını bu simülasyonla bulmaya çalışacaklar. Yararsız bir çalışma olmayacağı kesin. Gelişmeleri bekleyeceğiz.

Referans ve ileri okumalar;

Matthew C. Johnson, Hiranya V. Peiris, Luis Lehner. Determining the outcome of cosmic bubble collisions in full general relativity. Physical Review D, 2012; 85 (8) DOI: 10.1103/PhysRevD.85.083516
Carroll L. Wainwright, Matthew C. Johnson, Hiranya V. Peiris, Anthony Aguirre, Luis Lehner, Steven L. Liebling. Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2014; 2014 (03): 030 DOI: 10.1088/1475-7516/2014/03/030
Carroll L. Wainwright, Matthew C. Johnson, Anthony Aguirre, Hiranya V. Peiris. Simulating the universe(s) II: phenomenology of cosmic bubble collisions in full General Relativity. submitted to arXiv, 2014 [link]
Stephen M. Feeney, Matthew C. Johnson, Jason D. McEwen, Daniel J. Mortlock, Hiranya V. Peiris. Hierarchical Bayesian detection algorithm for early-universe relics in the cosmic microwave background. Physical Review D, 2013; 88 (4) DOI: 10.1103/PhysRevD.88.043012

Higgs Bozonu Evreni Yoketmiş Olmalıydı – Kütleçekimsel Dalgalarının Keşfinde Sallantılar

27 June 2014/1 Comment/in Fizik /by Erhan Kılıç

2012 yılında CERN araştırmacıları higgs bozonunnun varlığını doğrulamışlardı. Higgs bozonu paçacık giziğinin standart modelininin en önemli ama keşfedilmemiş bölümlerindendi. Öyle ki eğer higgs bozonu olmazsa standart modelde kütle olması imkansız. Higgs alanında parçacıklara kütle kazanımını sağlayanlar higgs bozonudur. Daha detaylı bilgi için : Higgs Bozonu Higgs Alanı Nedir?

Londra Kralın kolejinden Robert Hogan ve Malcolm Fairbairn, higgs bozonu varlığının tahminlerden daha fazla etkileri olduğunu ve kararlı olan evrenin ilk saniyelerinde higgs bozonu yüzünden istikrarsızlaşacağı ve kendi içine çökeceğini düşünüyorlar. Çalışmaları 24 haziranda Physical Review Letters‘de ve Cornell Üniversitesi Kütüphanesi’nin Arxiv.org‘da yayınlandı.

Kütleçekim Dalgalarının Keşfinin Sonuçları – 2 – Kuantum Alanları, Higgs Alanı ve Şişme Teorisi

19 April 2014/4 Comments/in Fizik /by Erhan Kılıç

Bir önceki yazımda (Kütleçekim Dalgalarının Keşfi ve Sonuçları) kütleçekim dalgalarının ne olduğu, nasıl ortaya çıktığı, keşfi ve sonuçlarını açıklamıştım. Fakat sonuçları hakkında anlatmayı unuttuğum bir şey olduğunu farkettim ve bu yazıyı yazma kararı aldım. Hazırken higgs alanı ve şişme teorisinin arasındaki bağıntıyı da burada anlatmış olacağım.

Çoklu Evrenlere Gelen Destek ve Şişme Teorisi

Aslında çoklu evrenler teorisine genel destek kütleçekim dalgalarından gelmiyor. Bu destek şişme teorisinin kendisinden geliyor. Daha önceki yazımda belirttiğim üzere kütleçekim dalgaları şişme anından sonra olması düşünülüyordu ve bu ispatlandı. Dolaylı olarak şişme teorisi de ispatlandı. Şişme teorisi evrenin büyük patlama anından 10^-32 saniye sonra ışıktan bile çok çok hızlı bir şekilde inanılmaz büyüklüklere genişlemesidir. Bunu biraz daha detaya inerek açıklamak gerekiyor.

Cern’de Tetrakuark’ların Keşfi ve Quark Yıldızları

13 April 2014/0 Comments/in Fizik /by Erhan Kılıç

Bu aralar geçmişimi çok bakıyorum biliyorum ama bu sefer fazla uzağa gitmeyeceğim. Şu son 2 yılı düşünüyorum da 2013 yılında ve bu yıl çok büyük keşifler yapıldı. Fizik ve astronominin belki beklenen keşifleri (aslında son iki keşif beklenmiyordu ya) diyebiliriz ama bu iki yılı unutmamak lazım. Çok büyük keşifler yapıldı. Geçen sene higgs bozonu keşfedildi (Higgs Bozonu Higgs Alanı Nedir?), genel görelilik teorisine göre evrenin ilk anlarında ışık hızından çok çok fazla genişlediği şişme teorisi eğer doğru ise kütleçekimsel dalgalar bırakacağı ise bu dalgaların keşfi ile ispatlandı ve şimdi de tetrakuarkların keşfi. Nedense bu tetrakuarklar ile ilgili bir yazı yazdığım hatırlıyorum fakat yazının ismi neydi hatırlamıyorum. Çok güzel gelişmeler yaşıyoruz ve çok daha fazlasını da göreceğiz umarım. Neyse konuya girelim artık.

9 Nisan’da arXiv‘de yayınlanan makalede tetrakuarkların aslında asıl ismi ile Z(4430)’un keşfedildiği bildirildi. Henüz az bir bilgi olsa da ve bilim insanları tarafından detaylı incelenmese de bu keşif yapıldı. Zaten o yazımda da bu tetrakuarkların keşfedilmesinin ihtimal olduğunu yazıyordum (neydi isim halen hatırlamıyorum). Bu yeni parçacık protondan 4 kat daha ağır ve negatif elektrik yüküne sahip. Bu parçacık hakkındaki bilgilerimiz arttıkça nötron yıldızları hakkında bilgilerimiz de artacak.

Evrenin Olası Sonları

04 March 2014/0 Comments/in Astronomi /by Erhan Kılıç

Eğer bilim insanlarının evrenin başlangıcı dışında tartışmayı sevdikleri başka bir konu varsa özellikle bu evrenin olası sonlarıdır (tabi her şeyin teorisi gibi şeylerde var aslında ya neyse). Normalde dünyadaki yaşamı daha biz ne olduğunu anlamadan sonlandırabilecek bir sürü olay mevcut aslında, örneğin en son Rusya’ya düşen meteor gibi ama evrenin sonu farklı bir durum. Evrenin sonu dünyanın sonuna göre daha zor ve tahmin edilmesi zordur aslında ama bu bizi tahminler yapmaktan alı koymayacaktır özellikle komplo teorisyenlerini (-_-). Neyse… Öncelikle evrenin sonu hakkında gerçekliğe yakın bir yorum yapabilmek için şunları bilmek gerekiyor.

Evrenin genel şekli.
Evrenin yoğunluğu.
Evrenin ne kadarı gerçekten karanlık enerjiden oluştuğu.

1- Büyük Yırtılma

Büyük Yırtılmanın aşama aşama durumlarını anlatan bu resimde, her aşamada neler gerçekleştiğini ve evrenin sonunda ne olduğunu görebilirsiniz.

Az buçuk astronomi ile ilgileniyorsanız karanlık enerjiyi ve evrenin genişlemesine olan etkiyi biliyorsunuzdur. Karanlık enerji yüzünden evren giderek hızlanarak genişlemektedir. Bu genişleme bir gün öyle bir noktaya gelecektir ki galaksiler, yıldızlar, gezegenler hatta atomlar kendilerini bir arada tutamayacak ve parçalanacaktır. İşte buna büyük yırtılma deniliyor. Tam detaylı açıklaması ise şöyle. Eğer evrenin yoğunluğu kritik yoğunluk dediğimiz yoğunluktan daha az ise evren sonsuza dek genişlemeye devam edecek ve çok yüksek hızlara vararak az önce dediğimiz olay gerçekleşecek. Tabi eğer bu yoğunluk kritik yoğunluktan fazla ise evrenin kendi içine çökeceğini dememe gerek yok tekrardan. Dartmouth kolejinden Robert Caldwell’e göre bu olay gerçekleşirse ortalama olarak Büyük Patlama’dan 22 milyar yıl sonra gerçekleşecek. Tabi bu sırada güneş hidrojen yakıtını bitirmiş ve kırmızı dev sürecine geçmiş olacaktır. Eğer o zamana kadar hayatta kalabilirsek dünyanın parçalanması büyük finalden tam 30 dakika önce gerçekleşecek onun dediğine göre.

2- Büyük Donma

Büyük Donma modeli en olası görülen evrenin sonu modellerindendir.

Bu senaryomuzda ise teorimiz karanlık enerjinin doğasına göre şekil buluyor ve evren bir önceki teorimizdeki gibi genişlemeye devam ediyor. Giderek artan hızlarda galaksiler birbirinden hızla uzaklaşıyor fakat yırtılma gerçekleşmiyor. Aynı zamanda evrendeki ısı da bu uzaklaşma ile aynı şekilde dağılıyor. Evren giderek soğuyor ve soğuyor en sonunda da mutlak sıcaklığa düşerek artık evrende hiç bir iş yapılamaz hale geliyor. Tabi bu sırada galaksilerdeki yıldız üretimi için gerekli olan gazlar, bulutsular da tükendiği için tüm yıldızlar yavaş yavaş sönüyor ve yeni yıldız üretimi de sonlanıyor. Işık kaynağını da kaybedince karanlık ve soğuk bir evrenle karşı karşıya kalıyoruz. Evren bu noktada maksimum entropiye ulaşmış oluyor. Bu hem benim hem de bir çok bilim insanının olasılığı en fazla olan evrenin sonu teorisi olarak görülüyor.

3- Büyük Çöküş

Bu resimde kritik yoğunluğa göre büyük çöküşünde içinde bulunduğu olasılıkları görüyoruz.

Bu model ise büyük yırtılmanın tam tersi olarak görülür. Çok büyük bir zaman sonra (büyük olasılıkla trilyonlarca yıl sonra) eğer evrenin yoğunluğu kritik yoğunluktan fazla ise genişleme yavaşlayarak duracak. Daha sonra ise evren büzüşmeye yani kendi içine çökmeye başlayacak. En sonunda ise Büyük Patlama anındaki o tekilliğe geri dönecek. İşin garip yanı böyle bir şey daha önce de gerçekleşmiş olabilir. Bazı bilim insanları Büyük Patlama’nın periyodik bir döngü olduğunu ve evrenin her genişlemeden sonra tekrar içe çökerek Büyük Patlama anını periyodik olarak yaşadığını ileri sürmüştür. Buna evrenin nefes alış verişi diyebilirsiniz. Büyük çöküş nefes almak ve Büyük Patlama ise nefes vermek olarak görülebilir. Fakat devamlı artan entropi bunu belli bir sayıdan daha fazlasına imkan vermeyeceğidir.

4- Büyük Slurp

Bu modelin çevirisini tam olarak yapamadım. Slurp köpürdeterek içmek ve ağzını şapırdatmak anlamına geliyor. Oysaki modelimizin onla bir alakası yok.
Modelimize dönecek olursak bu aralarında en yenisi ve garibi diyebiliriz. Öncelikle 2013 yılındaki higgs bozonunun bulunuşunu duymuşsunuzdur eminim. Hatta bizim kanallarda alakasız insanlar bunu tartışmaya yeltenmişti !… Bu model kısaca eğer higgs bozonu çok ağırsa ve evrenimiz bir kuantum dalgalanmasının oluşturduğu bir baloncuktan ibaret ise evrenimiz çok dengesiz bir durumda olacaktır ve higgs bozonunun kütlesi en ufak bir değişiklikte oluşturduğu balonda bulunan her şeyin kütlesi milyonlarca kez artacaktır. Bunun etkisi evrenimizi ışık hızı ile büyüyecek ve hatta büyüyor bile olabilir. Böyle bir durum olduğunda ışık hızı sınırı yüzünden fark edemeden yok olmuş oluruz. Çünkü böyle bir kütle artışı ile evren kendi içine çökecektir.Daha detaylı bir yazım mevcut bununla ilgili. Onun ismi ise Evren Her An Çökebilir! Belki de Yarın.

Kaynaklar:

About.com/physics – Big Crunch
About.com/space – Visual Timeline of the Universe
Universe Today – What Is The Big Rip?
Universe Today – Big Freeze
Wikipedia – Future of an expanding universe

Posts