Antimadde Nedir? Antimadde Nasıl ve Nerede Üretilir?

Antimadde, topluluk tarafınca ne olduğu tam anlaşılmamış ilmi bir gerçektir. Bundan dolayı sizler için inceleyip sadeleştirerek nelerdir, ne değildir, iyi mi üretilir, ne işe fayda diye söylemeye karar verdik: Antimadde; sizi, evlerinizi, Dünya’yı, galaksileri, kısacası evreni meydana getiren bildiğimiz maddenin zıttı. Tam tersi elektrik yükü taşıyan madde çeşididir.

Antimadde Ne Değildir?

Antimaddenin ne işe yaradığını ayrıntılı anlatmadan ilkin, ne olmadığı ile alakalı informasyon vererek yanlış detayları arındırmak istiyoruz.

Karanlık Madde
Evrendeki kütlenin ortalama olarak %84,5’ini meydana getiren sadece bilvasıta yollar dışında (tesirleri) hemen hemen gözlemleyemediğimiz ve karanlık madde olarak isimlendirdiğimiz hipotez madde, antimadde değildir.

Karanlık Enerji
Evrenin genişlemesinden görevli bir hipotez olarak önde gelen sadece direkt gözlemi hemen hemen yapılamayan karanlık enerjinin antimadde ile bir ilgisi yoktur.

Olumsuz Kütle
Antimadde olumsuz kütleye haiz değildir: Bildiğimiz anlamdaki madde, öteki maddeleri kendisine doğru çeken bir kütle çekimi oluştururken, antimadde iter fikri tamamen yanlıştır. Antimadde ters elektrik yüküne haizdir evet fakat, kütle çekimi yük taşımaz. Bundan dolayı düzgüsel parçacıklar ve anti-parçacıklar aynı çeşit kütleye sahiplerdir.

Bir hipotez olarak Olumsuz kütleli egzotik madde çeşitleri, 0.0 kilogramdan daha azca kütleye sahiplerdir ve quantum mekaniklerinde bir tek birtakım genel görelilik teorilerini ihlal ederek varlıkları olası olabilir. Her neyse ki imkansızı zorlayan bilim adamları var. Olumsuz kütleye haiz maddenin olası olabileceği hal ve durumlar ile alakalı orjinal bir inceleme yazısı aşağıdaki linkte meraklılarını beklemekte. http://arxiv.org/pdf/1407.1457v2.pdf

Olumsuz Enerji
Antimadde olumsuz enerjiye haiz değildir: Olumsuz enerji olarak doğal olarak edilen sıfır enerji seviyesinden düşük olumsuz enerji durumları, bir tek belli quantum sistemlerinde geçerlidir. Antimadde, düzgüsel madde benzer biçimde pozitif yönde enerji değerlerine haizdir bir tek elektrik yükü ve dönüş hareketi yönlerinde farklılıklar ihtiva eder.

Bilimkurgu
Antimadde bilimkurgu değildir, yeteri kadar üretimini yapabileceğimiz ucuz metotlar geliştirebilirsek bigün sanayinin ve enerji üretiminin belkemiğini oluşturabilir. Şu anda birçok deneyde ve cihazda antiparçacık ve antimadde türevleri kullanılmaktadır.

Antimadde Nelerdir?

Basit madde ile aynı kütleye haiz sadece değişik elektrik yükü, değişik lepton & baryon sayısı ve değişik quantum spin yönüne haiz antiparçacıklardan oluşmuş materyale antimadde denir.

Kısa Data: Parçacık fiziğiyle alakalı terimler kullanmaya başladığımıza bakılırsa birtakım temel terimlerle alakalı informasyon verelim.

SPIN: Spin bir yönü ve kıymeti olan, hemen hemen tüm atomaltı parçacıkların haiz olduğu bir momentumdur. Higgs Bozonu ve birtakım teorik parçacıklar hariç, tüm parçacıklar spin sahibidir.

HADRON: CERN’deki meşhur “Large Hadron Collidor” parçacık hızlandırıcısına adını veren Hadronlar, quarklardan oluşan ve kuvvetli nükleer qüç ile bir arada tutulan stabil proton, nötron (Baryonlar) ve stabil olmayan birçok parçacığı (Mesonlar) kapsayan bir ailedir

MESON: Yüksek enerjili çarpışmalarda ortaya çıkan Hadron sınıfından olan, fazlaca kısa ömürlü parçacıklardır. Mesonlar, bir quark ve bir anti quarktan oluşurlar.

BARYON: 3 Quarktan oluşan Hadron sınıfı parçacıklardır. Meşhur proton ve nötronlar birer baryon türüdür. Malum evrende, gözlemlediğimiz kadarıyla baryonik madde hakimdir.

LEPTON: Elektron benzeri parçacıkları içeren bir parçacık ailesidir. Elektronlar, Elektron Nötrinoları, Muonlar, Muon Nötrinoları, Taular ve Tau Nötrinoları lepton ailesini oluşturur.

QUARK: Hadronların yapı taşı olan quarklar, hiç direkt gözlemlenemez veya izole biçimde bulunamazlar. Bir tek Baryon ve Meson denen Hadron sınıfı parçacıklarda bulunurlar. Elektrik yükü, kütle, renk ve dönüş benzer biçimde özellikler quarklardan gelir. Bunlar bu şekilde özellikler taşıyan minik toplar yerine, matematiksel hususiyet noktaları olarak düşünülmelidirler. Quarkların oluşturduğu daha büyük parçacıklar içindeki quarklar, parçacığın nasıl sonuçlanacağını belirler. Quarklar kendi aralarında da 6 tipe ayrılır. Bunlar Up (Yukarı), Down (Aşağı), Strange (Acaip), Charm (Tılsım), Top (Üst), Bottom (Alt) olarak isimlendirilir. Up ve Down Quarklar evrende en fazlaca bulunan oldukca stabil ve düşük kütleli parçacıklardır. Öteki Quark çeşitleri; kozmik ışın çarpışmaları veya parçacık hızlandırıcılar benzer biçimde yüksek enerjili çarpışmalarda oluşup, süratli biçimde “parçacık bozunumu” geçirerek düşük kütleli Up ve Down quarklara bozunurlar.

“FORCE CARRIER” PARÇACIKLAR: Parçacıklar içinde “Field (Alan)” denen güçleri taşıyan parçacıklardır. Fotonlar elektromanyetizmayı taşır, Gluonlar kuvvetli nükleer kuvveti, W ve Z bosonları cılız nükleer kuvveti ve teorik Gravitonlar kütleçekimini taşıyan öteki parçacıklardır.

ANTİQUARKLAR: Antimadde ve dolayısıyla antiparçacıkların temel yapı taşları olan quarklar düzgüsel quarklara oldukca benzer ve tahmin edebileceğiniz benzer biçimde tek farkları eşdeğerlerinin tersi özelliklere haiz olmalarıdır.

FERMİON VE BOSON SINIFLANDIRMALARI: Bosonlar yukarıda anlattığımız Mesonların ve force carrier parçacıklar denen parçacıkların bulunmuş olduğu ailedir. Spin denen momentumları tam sayılar ile anlatılır (+1, +2). Fermionlar ise yukarıda geçen Lepton, Quark ve Baryonları kapsayan ailedir. Quantum spinleri tam rakam değildir, 1/2 olarak anlatım edilirler.

Yazımıza devam edelim;
Maddeyi meydana getiren atomun çekirdeğinde; nükleüs (nucleus) dediğimiz pozitif yönde yüklü proton(lar) ve yüksüz nötron(lar) bulunur. Nükleüs etrafında ise olumsuz yüklü elektron yahut elektronlar, haiz oldukları enerjiye bakılırsa muhtelif yörüngelerde yer alırlar.

Antimaddede ise antiprotonlar olumsuz yüklüdür, pozitron denen antielektronlar ise pozitif yönde yüklüdür. Evrenimiz bizim için düzgüsel olan maddenin hakimiyetindedir. Yaratı oranda antimadde evrende gözlense bile, Big Bang (Büyük Patlama) ile ortaya çıkmış olması ihtiyaç duyulan miktardan fazlaca fazlaca azdır. Big Bang teorilerine bakılırsa, antimadde ve madde eşit oranda oluşmuş olmalıydı.

Baryon Asimetrisi

Sıklıkla çevremizdeki her şeyi meydana getiren Baryonik madde gözlemlenebilir evrende bu kadar ağırlıktayken, yapıt miktardaki antimaddeyi meydana getiren antibaryonlar ile ciddi bir eşitsizlik vardır.

Genel kabul bulan kanıya bakılırsa; Big Bang’de parçacıkların ve antiparçacıkların eşit oranda oluşmuş olması ve bunun nihayetinde da tüm parçacıkların birbirlerini imha ederek evreni tüm maddelerden arınmış bir ışınım denizi olarak bırakmaları gerekirdi. Sadece Baryogenessis olarak isimlendirilen, hemen hemen hipotez olarak önde gelen bir aşamada düzgüsel quark ve leptonlar, antiquark ve antileptonlara baskın gelmiş olarak antiparçacıkların sayısını bugünkü evreni oluşturacak biçimde azalttılar. Muhtelif hipotezler bu asimetriye değişik açıklamalar getirse de CP simetrisi ihlali denen izahat en kabul görenidir.

Kısa Data: 
Evrende antimadde yerine niçin maddenin baskın olduğu veya Büyük Patlama’dan sonrasında niçin tüm herşeyin birbirini yok etmediğini anlatabilmek için CPT teoreminden bahsetmemiz gerekiyor.

CPT simetrisi: C (Charge / Yük), P (Parity – Spatial Configuration / Uzaysal durum), T (Time / +Süre) simetrileri anlama gelir.
Maddenin herhangi bir özelliği bu simetriler yönünden bir değişiklik geçirdiğinde “aynadaki yansıması” benzer biçimde tersi bir hal almalıdır. Kısaca madde yük simetrisi yönünden tersinme geçirdiğinde antimadde olur. Uzaysal konumu tersinme geçirdiğinde x, y, z düzlemlerindeki konumu -x, -y, -z düzlemlerinde olur, şu demek oluyor ki aynadaki görüntüsü benzer. Süre simetrisinde bir tersinme ise temel olarak “t” değerinin “-t” olmasıdır. Süre akışının bilakis işlemesi anlama gelir ve heralde gözlemlenebilir evrende bu şekilde birşey gerçekleşmediği için şimdilik makro ölçüde vakit asimetrik diyebiliriz.

Sözün aslı C ve P simetrilerine bakılırsa antimadde düzgüsel maddenin aynadaki bir yansıması benzer biçimde olmalıdır, tüm herşey tersi yönde işlemelidir. Fakat pratikte bu reel değildir, antimadde tam anlamıyla maddenin yansıması benzer biçimde değildir. Buna CP violation (ihlal) denir.

CP İhlali: CP simetrileri yükü ve uzaydaki konumu bilakis dönen bir madde için fizik kanunlarının aynı kalması icap ettiğini söyler sadece, bunun doğru olmadığı ortaya çıktı. Bir meson türü olan etkisiz Kaon parçacıklarının positron ve elektron bozunumları arasındaki eşitsizlik (pozitron bozunumunun daha çok olması) bir CP ihlalidir. Bu ve benzeri birtakım parçacıklarda eşitsizlikler, maddenin iyi mi antimaddeye baskın geldiğini açıklamakta kullanılabilir.

Antiparçacıkların Keşfi

Antimadde kavramı ilk başlarda ingiliz fizikçi Sir Arthur Schuster tarafınca 1898’de Nature dergisi için kaleme alınan bir makalede geçmektedir. Schuster atomların zıt özelliklere haiz eşdeğerleri olabileceğini, düzgüsel madde ile birbirlerini iteceklerini, hatta anti atomlardan star sistemleri olabileceğini öne devam etmiştir. Öne sürdüğü bu hipotez, eksiklerine karşın bugünkü antimadde anlayışımızın temelini oluşturmuştur.

Çağdaş antimadde teorisi Paul Dirac tarafınca 1928’de yazıldı. Dirac, Dirac Denklemi adında olan teorisi ile quantum mekaniklerini (atomaltı dünyası), Einstein’ın hususi göreliliği (çok önemli şeylerin dünyası) ile birleştirdi. Denklemi bununla birlikte hem elektronlar, bununla birlikte elektronların pozitif yönde yüklü versiyonları (pozitronlar) ile geçerli bir halde çalışıyordu. Kısaca denklem pozitronları öngörüyordu. Böylece tüm parçacıkların karşıt yüklü bir antiparçacığı olabileceği ve antiparçacıkların bir araya gelmiş olarak antiatomlar ve antimadde oluşturabileceği hipotezi ortaya çıktı.

Dirac denklemi, bununla birlikte daha ilkin hiç gözlemlenmemiş birşeyi öngören ilk denklem ünvanını da taşıyarak Dirac’a 31 yaşlarında Nobel ödülü kazandırdı.

Pozitron:
Doğada radyoaktif elementlerin beta bozunumları ve kozmik ışınların atmosferimize çarpışı kararı ortaya çıkan pozitronları ilk gözlemleyen bilim adamları şunlardır: Sovyet fizikçisi Dmitri Skobeltsyn, 1929’da Wilson çemberi denen bir aygıt ile (kapalı bir ortamda süper doymuş su yahut alkol buharı içeren parçacık dedektörü), kozmik ışınlardan meydana gelen gamma radyasyonunu tespit etmeye çalışırken, elektronlar benzer biçimde hareket eden sadece manyetik bir alanda elektronların izleyeceği yolun tersini izleyen parçacıklar keşfetmişti. Aynı yıl Çinli fizikçi Chung-Yao Chang da benzer bir deney yaparak elektron benzeri pozitif yönde yüklü parçacıklar tespit etmişti. Sadece araştırmalarını bu mevzuda sürdürmedi.

1932’de Amerikalı fizikçi Carl D. Anderson benzer yöntemler ile bu parçacığı gözlemleyip tanımlayan ve araştırmalarını bu yönde sürdüren bir öteki bilim insanıdır. Anderson, elektronun tersi yüklü bu parçacığın tam tanımını yaparak Nobel ödülü kazandı.

Pozitron, günümüzde beta bozunumlarının yanı sıra, parçacık hızlandırıcılarda ve Lawrance Livermore milli laboratuvarında yeni bir metot olan milimetre genişliğinde altın hedeflere lazer uygulanarak üretilmektedir.

Antiproton:
Olumsuz (-1) yüklü proton parçacıkları 1955’te California üniversitesinde fizikçiler Emilio Segrè ve Owen Chamberlain tarafınca gözlemlenmiştir. İkiliye Nobel ödülü kazandıran antiprotonların düzgüsel protonlardan en büyük farkları, düzgüsel protonların tersi olan olumsuz elektrik yüküne ve tersi manyetik momente haiz olmalarıdır.

Düzgüsel protonların yapıtaşları iki tane up quark ve bir tane down quarktır. Antiprotonlar CERN ve Fermilab’de rutin olarak üretilmektedirler.

Antinötron:
Nötron yüksüzdür ve bir tane up quark, iki down quarktan doğar. Antinötronda ise bu quarkların yerinde antiquarklar vardır. Antinötron, antiprotonun keşfinden bir sene sonrasında 1956’da Lawrence Berkeley Milli Laboratuvarları’nda Bruce Cork tarafınca ortaya çıkarılmıştır. Elektrik yükü olmadığı için gözlemi zor olsa gerek ve çoğu zaman nötron-antinötron çarpışmaları yardımıyla gözlemlenebilirler.

Majorana Fermion:
Mevzu antimade ise, yakın zamandaki keşiflerden bahsetmemek olmaz. Princeton üniversitesinde Ali Yazdani tarafınca 1937’de İtalyan fizikçi Ettore Majorana’nın öngördüğü bir parçacık ortaya çıkarıldı.

Kurşundan yapılma bir süperiletken üstüne demir atomları yerleştirilen deneyde, elbet demir atomlarının manyetik alanlarının süperiletkenlere tesir etmesi gerekirdi. Sadece deneyde demir atomları da süperiletken bir hal aldı (Elektronları hem manyetizma bununla birlikte süper iletkenlik özellikleri gösterecek biçimde spinlerini koordine ettiler).

Böylece elektronlardan biri düzgüsel elektron kalırken, öteki pozitron özellikleri gösterdi. Sonuçta demir atomları Majorana parçacığı denen hem madde hem antimadde özellikleri taşıyan bir hal almış oldu. Bu parçacıklar süper iletkenler yakınında oluşmuş ve varlıklarını süper iletkenlerden uzakta sürdürememişlerdir.

Madde – Antimadde Çarpışması

Bir elektron ve pozitronu çarpıştıralım. Ne olur acaba?

İki parçacık birbilerini yok ederek iki parça gamma ışını açığa çıkarırlar. Proton ve Antiproton çarpışması ise birazcık daha faklıdır. Kompozit parçacıklar olan (düzgüsel+anti) protonlardaki karşıt quarkların bir bölümü birbirlerini imha ederken, geri kalanı kararsız mesonlar oluşturarak dağılır. Bu mesonlar da yakın zamanda bozunurlar.

Doğada Antimadde Oluşumu

Vücudunuzda antimadde üretimi yapıldığını biliyormuydunuz? Doğadaki birtakım minik ve birtakım çok büyük antimadde fabrikaları benzer biçimde vücudumuz da antiparçacıklar saçmaktadır.

Potasyum-40: Antimadde parçacık hızlandırıcılardan en akla hayale gelmeyen şeylere, sözgelişi muzlara ve insan vücuduna kadar her yerde açığa çıkabilmektedir.

Muzda bulunan Potasyum-40 izotopları, beta bozunumu geçirirken her 75 dakikada bir pozitron açığa çıkarırlar. Aynı potasyum-40 insan vücüdunda da bulunur ve aynı biçimde pozitron açığa çıkarmaktadır. Sadece merak etmeyin bu düşük miktarlar size zarar vermez. Radyoaktif maddeler ve geçirdikleri bozunumlar ile alakalı ayrıntılı informasyon için bu yazımıza göz atabilirsiniz.

Fırtınalar: Fırtınalar yağmurlardan, dolulardan, sert rüzgarlardan ve yıldırımlardan daha fazlasını üretmektedir. NASA’nın yörüngedeki Fermi Gamma-Işını teleskobu hergün 500 tane TGF (terrestrial gamma-ray flash), kısaca dünyasal gamma ışını parlaması vakası gözlemlemekte. Bunlar kuvvetli fırtınaların tepelerindeki elektrik sahalarının, fer hızına yakın hızlarda dikey olarak uzaya gönderilmiş olduğu elektronların atmosferdeki öteki moleküller ile çarpışması kararı ürettikleri gamma ışınlarıdır. Bu gamma ışınları o denli kuvvetlidir ki, uzaya elektron ve pozitronlar (antielektron) saçarlar ve bu parçacıkların bizzat Fermi’ye çaptıkları tespit edilmiştir.

Kozmik ışınların atmosferimize çarpışı da fazlaca düşük miktarlarda pozitron ve antiproton açığa çıkarmaktadır. Bunlar düzgüsel madde ile karşılaşana kadar Dünya’ya “yağarlar”. Çarpışmalar esnasında açığa çıkan parçacıkların bir bölümü da uzaya saçılarak manyetik alan tarafınca hapsedilip Van Allen ışınım kuşaklarında toplanırlar.

Kocaman yıldızların geçirdiği çift-instabilitesi süpernovaları (Pair-Instability Supernova), çekirdekteki elektron ve pozitron çarpışmalarının artışıyla düşen ışınım basıncının, yıldızın dış katmanlarını taşıyamaz hale gelmesiyle olur. Kendi ağırlığı ile çökmeye süregelen yıldızda füzyon reaksiyonları tepe noktasına ulaşır ve termonükleer bir patlama ile star infilak ederek geriye bir karadelik veya nötron yıldızı bırakmayacak biçimde dağılır.

X-Işını İkilileri (X-Ray Binaries): Maddenin bir yıldızdan (çoğu zaman düzgüsel bir star) diğerine “düşmüş olduğu” (çoğu zaman bir kara delik, nötron yıldızı yahut beyaz cüce) ikili star sistemlerinde yüksek miktarlarda pozitron açığa çıkıp manyetik alanlar ile fer hızına yakın hızlarda uzaya saçılmaktadırlar.

Suni Antimadde Üretimi ve Kullanım Alanları

Antimadde Dünya üstündeki en ender, üretimi en zor ve en pahalı materyaldir. Altın ve Elmas benzer biçimde ender ve kıymetli materyaller, antimadde yanında sadece çakıl taşı kadar değerlidirler. Üretim zorluğu ve yavaşlığı nedeniyle 1 gram antimaddenin şu anki kıymeti ortalama 62.5 trilyon dolara muadil gelir. Antimaddeyi ikinci olarak gramı 27 milyon dolar ile Californium-252 elementi takip etmektedir. Şayet antimaddeyle hakikaten kıyaslayacak başka bir materyal arıyorsanız, birtakım bilim adamlarının bir kaç karanlık madde parçacığı için Dünyayı teslim edebileceklerini söyleyebiliriz.

Antiparçacıklar nanogramdan daha düşük seviyelerde parçacık hızlandırıcılarda üretilebilmektedir. Daha da düşük seviyelerde ise, muhtelif radyoaktif elementlerin bozunum kararı antiparçacıklar açığa çıkmaktadır. Keşfedilen ilk antiparçacık pozitron da bu biçimde ortaya çıkarılmıştır ve günümüzde bozunum kararı ortaya çıkan pozitronların tıpta mühim bir kullanım alanı mevcuttur.

PET taramaları (Positron Emission Tomograph / Positron Emisyon Tomografisi): PET tarayıcıları elektronun karşıt parçacıkları olan pozitronları kullanır. Bu taramalarda dolaşım sistemine enjekte edilen Fluorine-18 benzer biçimde kısa ömürlü bir radyoaktif bir izotop, pozitron yürüyerek bir bozunum geçirir. Bu pozitronlar dokuda 1mm benzer biçimde kısa bir mesafe kat ederler. Bu müddette kinetik enerjileri azalır ve sonucunda bir elektron ile i·lişki ederek birbirlerini yok edip, birbirinin aksi yönünde hareket eden gamma ışınları (yüksek enerjili fotonlar) oluştururlar. PET tarayıcısı aynı anda oluşup birbirlerinin aksi yönünde hareket eden bu gamma ışınlarını tespit ederek taranan bölgenin 3d bir resmini çıkartır.

PAS (Positron Annihilation Spectroscopy / Positron İmha Spektrokobisi): Deneysel bir aygıt olan PAS, materyal araştırmalarında kullanılmaktadır. Herhangi bir metal, süperiletken veya polimer benzeri malzemeye gönderilen pozitronların, elektronlar ile çarpışıp gamma ışını üretmesiyle atomik seviyelerde materyal yapısı ve kusur analizi emekleri yapılabilmektedir.

Parçacık Hızlandırıcıları

Parçacık hızlandırıcıları, elektromanyetik alanlar kanalıyla yüklü parçacıkları inanılmaz süratlere hızlandıran makinelerdir. Birçok kullanım alanları olsa da en önemlisi yüksek enerji fiziğidir. Dünya’da irili ufaklı 30.000’den fazla parçacık hızlandırıcı vardır ve bunların bir tek 1%’i 1 GeV enerjisi üstündedir.

Not: Türkiye’de de bir parçacık hızlandırıcı kurulum emek harcaması uzun senelerdir devam ediyor. Temel tahsil düzeyinde (1 GeV altı) minik bir parçacık hızlandırıcısının yapımını öngören projenin gidişatı ile alakalı informasyon almak için şu linki ziyaret edebilirsiniz.

Böylesi hızlandırıcılar oldukça yüksek kesafet ve ısılar ile parçacıkları çarpıştırarak Big Bang’in ilk anlarındaki ortamı meydana getirmeye çalırken, maddeyi meydana getiren temel parçacıkları açığa çıkarmaktadırlar. Kaba tabirle bir parçacık hızlandırıcısı ne kadar kuvvetli olursa, o denli derinlere ineriz. Birtakım insanların “allah parçacığı” ortaya çıkarıldı hala daha neyi arıyorlar dediklerini biliyoruz. Fakat daha keşfedecek, öğrenecek ve anlayacak fazlaca fazla şey var.

Planck seviyesi denen quantum kütle çekiminin güçlenip malum quantum alan teorisini darmadağın etmiş olduğu ve evrenin dört büyük gücünün birleştiğinin tahmin edilmiş olduğu 1.22 × 10^19 GeV’sevinç enerji seviyelerine inmek için hayal edebileceğimizden kuvvetli hızlandırıcılar gerekmektedir. Bu enerji seviyeleri o şekilde güçlüdür ki, gerçektenden bir kara delik oluşturabilirler. Sadece korkmayın, bu şekilde bir hızlandırıcı inşa etmek için Dünya’da yeterince yer yok. Tahmini boyutları Güneş çapının 10 katı (14 milyon km) olacaktır.

Hepimiz, insanlar hiç uçamaz, uzaya çıkamaz, Ay’a gidemez diyen kişilerin bir tek bir nesil sonrasındaki vakit diliminde yaşıyoruz. Bugün olanaksız denen şeylerin yarın da olanaksız kalacağının garantisi verilemez. Gelecek nesillerin halledemeyeceğinin veya başka insanlık harici ihtimaller içinde uygarlıkların halledemeyeceğinin mutlaka hiçbir garantisi yok.

Ilmi araştırmalara ehemmiyet veren tüm uygarlıkların en büyük ortak noktasının, kim bilir parçacık fiziği bulunduğunu keşfedebiliriz bigün. Evrenin yapı taşlarını keşfetmek isteyen tüm zekaların temel yapı taşlarını açığa çıkarıp gözlemleyebilecekleri hızlandırıcılar yapmaları gerekecektir. Şundan dolayı evrenin derinliklerini incelerken bizimkilerden daha büyük ve kuvvetli parçacık hızlandırıcıların açığa çıkarabileceği cinsten yoğun enerjiler keşfedebiliriz. Planck seviyelerini araştıracak bir hızlandırıcının açığa çıkaracağı enerji, bazen bir pulsar benzer biçimde parlamasına sebep olacaktır.

Hızlandırıcılarda Antimadde Üretmek

Parçacık hızlandırıcılarından Fermilab’daki Tevatron, Brookhaven’daki RHIC ve CERN’deki LHC benzer biçimde büyük ve kuvvetli olanlar, hatırı sayılır oranda (araştırmalara kafi gelecek kadar) antimadde üretebilmektedir. Her sene Fermilab Tevatron hızlandırıcısı ile 15 nanogram, Alman DESY hızlandırıcısı 2 nanogram ve CERN 1 nanogram miktarlarda üretmektedir.

CERN

CERN, dünyanın en büyük ve kapsamlı yüksek enerji fiziği inceleme tessislerinden biridir. 6 tane hızlandırıcı ve yavaşlatıcıya ev sahipliği yapar. Birçok değişik kontrol edin yürütülmüş olduğu CERN’deki antimadde deneylerinden bahsedelim.

CERN’ün ana parçalarından “Proton Synchroton” hızlandırıcısı, proton ışınlarını bir metal bloğa ateşler. Çarpışmalar o denli şiddetlidir ki, ortalama her bir milyon çarpışmada yeni proton ve antiproton çiftleri açığa menfaat. Antiprotonlar fer hızına yakın hızlarda her yöne doğru saçılırlar. 2002’den beri “Antiproton Decelerator” (Antiproton Yavaşlatıcısı) denen yavaşlatıcı, bir dakikadan kısa zaman içerisinde antiprotonları manyetik alanlar ile yönlendirip, elektrik alanları ile yavaşlatarak (“cooling” denen bir muamele) bu antiprotonları ışığın 10% süratlerine kadar düşürür. Bu muamele sonucunda deneylerden kullanıma hazır olan antiprotonlar ACE, ATRAP, ASACUSA, ALPHA ve AEGIS deneylerine yönlendirilirler.

ACE (Antiproton Cell Experiment): Antiprotonların biyolojik etkilerinin araştırılmış olduğu bu projede, Dünya genelinde 10 enstitüden gelen bilim adamları antiprotonlar ile kanser tedavisi üstünde araştırmalar yapıyorlar. Bilhassa insan vücuduna büyük hasar veren kemoterapiye kıyasla fazlaca daha azca zarar veren ve daha etken olan tedavi şekilleri ümit vaadediyor.

ATRAP (The Antihydrogen Trap): Bu deneyde hidrojen atomları ve antihidrojen atomları içinde karşılaştırmalı gözlemler yapılıyor. Bir antihidrojen atomu yapmak oldukca zorludur. ATRAP kadrosu antiprotonları pozitronlara doğal olarak tutarak ikinci bir “cooling” işlemi uyguluyorlar. Böylece antiprotonlar daha da yavaşlarken bazıları birer pozitron kapıp antihirdojen atomu haline geliyorlar.

ASACUSA (Atomic Spectroscopy And Collisions Using Slow Antiprotons): Bu deneyde antiproton içeren helyum (antiprotonic helium), (atom çekirdeği etrafında iki elektron yerine bir elektron ve bir antiproton dönen hibrid madde-antimadde atomlar, antiprotonların olumsuz elektrik yükü taşımasıyla olası olabiliyor) ve antihidrojen atomlarının spektroskopi kanalıyla eşdeğer madde ile karşılaştırmaları yapılıyor. Bunun yanında madde ve antimaddenin etkileşimleri de gözlemlenip antiprotonların elektronlara ve atom çekirdeklerine olan etkilerinin de gözlemleri yapılıyor.

ALPHA: Öteki bir gözlem ekibi olan ALPHA’da antihidrojen atomları sentezleyip bunlar üstünde yoğunlaşıyor.

AEGIS (Antihydrogen Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy): En son bu deneyde ise, Dünya’nın kütleçekiminin antihidrojen atomları üstündeki tesiri araştırılıyor. Bilhassa bu deneyden biliyoruz ki, antimadde ve düzgüsel maddenin kütleçekimsel bir farkı yok. Antimaddede kütleçekimine düzgüsel madde benzer biçimde maruz kalıyor.

Uzayda Antimadde Gözlemleri

Gözlemlenebilir evrendeki hemen hemen tüm herşey, bizim için düzgüsel olan madde tarafınca oluşmuştur. Sadece istisnai durumlar laf mevzusudur. Antimadde zannedildiği kadar ender değildir. Hatta antimadde yoğunluğu olan yerler tespit edilmiştir.

Madde ve antimaddeyi meydana getiren parçacıklar çarpıştıklarında gamma ışınları ve değişken birçok parçacık açığa çıkararak birbirlerini yok ederler. Bu gamma ışınlarını tespit ederek, madde ve antimaddenin i·lişki etmiş olduğu bu ender yerleri bulabiliyoruz.

Antimadde Bulutu: 1970’den beri varlığını bildiğimiz galaksi merkezi civarlarında bir “antimadde bulutu” mevcuttur. Sadece terim sizi yanıltmasın burası antimadde dolu bir bölge değildir, bir tek yapıt miktardaki antimadde, evrenin geri kalanına kıyasla bu bölgede birazcık daha fazladır. Nerede ise 10.000 fer yılı boyutlarında bir alana yayılan bu “bulut”, elektronların pozitronlar ile çarpışması kararı açığa çıkan gamma ışınları ile tespit edilmiştir. Bu bölge Güneşimizin 10.000 katı kadar bir enerji saçmaktadır.

ESA’nın Integral uydusu kısa sürede bu antimaddenin kaynağını keşfetti. Galaksi merkezi civarlarında ki X-ışını ikilileri (bir karadelik veya nötron yıldızı ve bu süper kütleli cismin etrafında dönerken madde kaybetmekte olan düzgüsel bir star).

Antimadde Enerjisi

Madde – Antimadde çarpışmaları, haiz olabileceğimiz en yoğun ve en saf enerjiyi üretmektedir doğru. Gelecekte bigün feza gemilerinde füze olarak kullanılabilir. Enerji santralleri ile şehirlerimizi ve kolonilerimizi aydınlatabilir, bu da doğru. Sadece bu şekilde şeyler için gerekseme duyacağımız antimadde miktarını üretmekten hemen hemen fazlaca uzağız.

İnsanoğlunun bugüne dek ürettiği antimadde, şu anda bir tek bir ampulü bir saniyeliğine aydınlatmaya kafi gelecek miktardadır. Kafi oranda antimaddeyi üretmenin ergonomik bir yöntemini bulursak; parçacık fiziğinden, yıldızlar arası görevlere kadar bir alanda yeni imkanlar sunabilir bizlere. Sadece ne yazık ki bugün ve yakın gelecekte bu şekilde imkanların bir tek hayalini oluşturmak durumundayız.

Bu yazımız, sitemizde ilk başlarda 2017 senesinde yayınlanmış, hatalarından arındırılarak güncellenerek yine yayına sunulmuştur.