Prof. Dr. Cengiz Yalçın
Tüm dünya,özellikle bilimsel çevreler,bu sene içinde gerçekleştirilmesi planlanan CERN deneyi üzerine odaklanmış.Bilimi henüz yeterince kültür yaşamına yansıtamayan ülkemizde bile deney ,belki de talihsiz uçak kazası nedeni ile,gündeme taşınmıştır.
Meraklı bekleyiş bir endişeyi de beraberinde getirmektedir.Acaba çarpışma anında oluşacağı tahmin edilen mini karadelikler bir tehlikemidir?
Karadelikler,kütlenin bir başka değişle enerjinin,çok küçük bir hacım içersine yoğunlaşması ile meydana gelen kozmik oluşumlardır.Fındık büyüklüğündeki bir taşı yukarı fırlatırsanız ,bir miktar yükselir sonra geri döner.Aynı taşı sapan ile fırlatsanız biraz daha yükseğe çıkar,fakat yine geri döner.Kıtalar arası füzeler bile,belli bir yüksekliğe çıktıktan sonra geri dönerler.Geri dönüşün nedeni yer-çekimdir.Gece karanlığında bir el fenerini yukarı doğru tutsanız ışık demeti yer-çekimine hiç aldırmadan yükselir.Büyüklü küçüklü bütün taşları devasa füzeleri,bombaları, dev uçakları, kendisine doğru çeken koskoca dünya,küçücük bir el fenerinden çıkan ışığa hakim olamaz.Ancak dünyayı portakal büyüklüğünde bir hacım sıkıştırabilirseniz,el fenerini filan dinlemez,yakınından geçen ışık demetlerini büker ve içine çeker.Artık dünya bir karadeliktir.Kara delikler ışık da dahil bütün enerji formlarını içine çeken ve karartan kozmik hortumculardır.Bir karadeliğin etki bölgesine girip çıkmak mümkün değildir.
Bir yıldızın ömrü içerdiği hidrojen miktarı ile orantılıdır.Dört hidrojen bir araya gelip kaynayarak bir helyum çekirdeği oluşturur bir miktar enerji açığa çıkar.Buna füzyon enerjisi denir.Yıldızları ışıl ışıl yapan bu enerjidir.Güneş enerjisini de aynı reaksiyonlar ile üretir.Ancak yakıt yani hidrojen bitince yıldız ışıma yapamaz ve rengi solar,kütle-çekim kuvvetini ışıma basıncı dengeleyemez,yıldız kendi üzerine çöker,çökerken de büyük bir patlama gözlenir.Buna süpernova patlaması denir.Böyle bir patlamayı karadelik oluşumu takip eder.Astronomi tarihinin en şiddetli süpernova patlaması,yerküreden evrenin yarısı kadar uzakta bir konumda, 23 ocak 1999 gözlenmiştir.Patlama o kadar şiddetli olmuştur ki,eğer birkaç bin ışık yılı uzakta bir konumda meydana gelseydi yerküre üzerinde hiçbir canlı kalmazdı.
Karadelikler sadece süpernova patlamaları ile oluşmazlar.1970 yılında ünlü kozmolojist Stephan Hawkigs,büyük patlamayı takip eden ilk mikro saniye içinde karadeliklerin nasıl oluştuklarını açıklayan bir model kurgulamıştır.Esasında evrenin bu dönem fiziğini açıklayan bir teorisi henüz oluşturulamamıştır.Ancak genel göreliliği ve kuantum mekaniğini belirleyen fiziksel sabitlerden bu dönem büyüklüklerini hesap etmek mümkündür.Kuantum mekaniğinde uzunluğu,Compton dalgaboyu genel görelilikte eşik karadelik uzunluğunu veren Schwartzchild yarıçapı belirler.Bu iki uzunluğu eşitleyerek bu döneme ait fiziksel büyüklükler hesap edilir.Bunlar genel görelilik yani kütle-çekim ile kuantum fiziğinin aynı anda geçerli olduğu dönemi karakterize eder.İlk mikro saniye içindeki geçerli fiziksel büyüklükler:
Planck uzunluğu=10-35 metre (metrenin 100000 çarpı katrilyon çarpı katrilyonda biri),Planck zamanı=10-43saniye (saniyenin 10 trilyon çarpı katrilyon çarpı katrilyonda biri) ve Planck yoğunluğu=10-97 kg/m3) olarak bulunur.Mini karadelik veya kuantum karadelik oluşum hesabı bu büyüklükler üzerinden yapılır.Planck uzunluğuna karşı gelen kütle 10-8 kg dır.Proton-proton çarpışma deneyinde bir karadelik oluşması için Planck uzunluğuna 10-8 kg büyüklüğünde enerji tekabül etmesi gerekir.Şimdi CERN deney parametrelerini analiz ederek Planck uzunluğuna 10-8 kg tekabül edip etmediğini bulalım.
CERN deneyinde 7 TeV gibi ışık hızına yakın hızlarda hareket eden proton demetleri alın alına çarpıştıklarında,14TeV değerinde bir enerji ortaya çıkacaktır.Proton boyutu 10-15 metredir.Bu bir metrenin100 trilyonda biri kadar küçük bir boyut demektir.Çarpışma anında tüm enerji proton boyutuna sıkışmış olacaktır.Einstein'ın ünlü E= MC2 bağıntısına göre proton boyutuna sıkışan enerji, protonun durgun enerjisinin 7000 katıdır.Protonun ölçülen yarıçapı göz önüne alınırsa,çarpışma anında Planck uzunluğuna tekabül eden enerji 10-23 kg dır.Standart kozmolojiye göre yukarda verilen hesapta anlatıldığı gibi bir karadeliğin oluşması için Planck uzunluğuna tekabül edecek enerjinin 10-8kg olması gerekir.Aradaki fark 15 mertebe dir.Dolayısı ile çarpışmaya sadece o dönem fiziksel büyüklükler bağlamında bakıldığında ,karadeliğin oluşması mümkün değildir.
Proton-proton çarpışmasına fiziksel büyüklükleri göz önüne alarak ile değil Sicim Teorisi(String Theory) gözlükleri bakarsanız bambaşka bir resim görürüsünüz.Kuantum mekanik ve genel görelilik evreni dört boyutlu uzay-zaman geometrisine yerleştirir.Sicim teorisinde ise evren,Planck ölçeğinde 9 boyutlu uzay içinde biçimlenir.Boyut sayısı arttıkça alan şiddetlerini belirleyen kuvvet çizgilerinin birim yüzeyden geçen sayısı,dolayısıyla alan şiddeti artar.Proton proton çarpışmasında kütle -çekim alan şiddeti dört boyutlu uzay-zaman geometrisindeki alan şiddetinin 256 katı kadar büyür.Eğer kapalı boyutlar yeteri derecede büyükse bu etkinin, CERN deneyinde,kendisini mini karadelik olarak göstermesi gerekir.
En iyimser senaryolar üzerine kurgulanan kaba tahminlere göre,saniyede bir mini karadelik oluşacaktır.Dolayısıyla bundan böyle yüksek enerji parçacık hızlandırıcılarına mini karadelik fabrikaları gibi bakmak mümkündür.Ancak oluşacak karadeliklerin güvenli bir moda bozunup yok olacakları bir tartışma konusudur.Proton demetleri alın alına çarpıştıklarında detektörlerde karadeliklerin de izleri görülecektir.Bu benim bir teorik fizikçi olarak kişisel tahminimdir.Tahminimin doğru olup olmadığı en fazla bir sene içinde anlaşılacaktır.
Hawkigs,1970 tarihli ünlü makalesinde enerji formundaki bilginin karadeliklerde yok olacağını ileri sürer.Buna karşın kuantum mantık oluşacak karadeliklerin kararlı olamayacağını dolayısıyla endişelenmenin yersiz olduğunu söyler.Çarpışmada oluşacak mini karadelik benzeri bir kuantum sistemini kararlı yapan,yani kalıcı yapan,elektrik yük veya baryon sayısı korunumu gibi,seçim kurallarıdır.Mini karadelikler için teori eşik enerji ve eşik hacım dışında hiçbir seçim kuralı koymaz.Bu nedenle Çarpışmada oluşacak karadelikler kalıcı olmayacak,termodinamiğin ikinci kanununa uyarak bozunacaklardır.Oluşum anı t=0 kabul edilirse oluşumdan sonraki,10-27 saniye içinde karadelik, sicim teorisinin tahminlerine uygun olarak maddenin temel birim kütlesini yayınlayarak yok olacaktır.Yani tehlike yoktur.
Proton demetleri böylesine yüksek enerjilerde çarpıştıklarında sicim teorisi mini karadeliklerin oluşacağını tahmin etmektedir.Önemli olan tahmin değil,oluşan karadeliklerin detektörlerde görünmesidir.Yukarıda belirttiğim gibi bana göre,detektörler karadelikleri ve HİGGS'i(tanrının zerreleri) görecektir.Karadeliklerin tespiti sicim teorisinin,yani süpersimetrik teorilerin doğru olduğunu kanıtlayacaktır.
Tüm zamanların en pahalı ve en ilginç deneyi bilim ve teknolojide hayal dahi edilemeyen gelişmelere neden olacaktır.Bu gizemli evren yeni fizik yeni Einsteinlar ve yeni Newtonlar yaratacağa benzemektedir.
Hürriyet
