Fizikçiler Maddenin Büyük Patlamadan Sonra Neden Varlığını Sürdürdüğüne Dair Yeni Bir Açıklama Öneriyorlar
Fizikçilerin genellikle göz ardı ettiği ağır bir nötrino, evrenin erken dönemlerinde kısa bir süre için baskın olmuş ve madde ile antimadde arasındaki dengeyi değiştirmiş olabilir.
Dokunabildiğiniz her şey maddeden yapılmıştır. Normal kurallara göre, bu olmamalıydı çünkü Büyük Patlama eşit miktarda madde ve antimadde yaratmalıydı ve bunlar temas halinde birbirlerini yok ederdi. Bir şey dengeyi bozdu.
Şimdi iki fizikçi, kendi alanlarının on yıllardır göz ardı ettiği bir parçacığın bunun nedenlerinden biri olabileceğini öne sürüyor.
Bu parçacık, bilinen en hafif hayalet parçacıklar arasında yer alan nötrinonun ağır bir kuzenidir . Standart nötrino kütle teorisinde bu ağır kuzenlerden üçü bulunur. İkisi tüm işi yaparken, üçüncüsü genellikle çok ağır ve etkileşimi çok zayıf olduğu için önemsiz kabul edilir.
Yeni hesaplamaya göre, bu üçüncü gezegen kısa bir süre için evrenin ilk dönemlerindeki enerjinin büyük bir kısmını tutmuş olabilir. Bunu yaparken, madde fazlalığının nasıl oluştuğunu şekillendiren bir sıcaklık değişimine neden olmuştur.
Bu çalışma bir hesaplama olup, içinde herhangi bir şey tespit edilmemiştir. Southampton Üniversitesi’nden Rishav Roshan ve Kanpur Hindistan Teknoloji Enstitüsü’nden Sudipta Show tarafından Eylül ayında yayınlanmıştır.
Earth.com’a verdiği bir röportajda Roshan, gözden kaçan parçacığın ne yaptığını anlattı.
“Ağır nötrino olarak bilinen bu ihmal edilmiş parçacık, evrenin erken dönemlerini şekillendirmede çok önemli bir rol oynadı. Diğer parçacıklarla fazla etkileşime girmese de, evrenin enerjisine geçici olarak hakim olacak kadar etkisi vardı,” dedi Roshan.
Maddenin varoluş nedeni nedir?
Fizikçiler maddenin kazandığını görebiliyorlar, çünkü biz varız. Ancak bunun nasıl olduğunu henüz söyleyemiyorlar. Önde gelen bir fikir, evrenin erken dönemlerinde bozunan ağır nötrinoların, antimadde parçacıklarından biraz daha fazla parçacık ürettiği ve bu küçük fazlalığın çevremizdeki madde olduğu yönündedir.
Ağır nötrinoların ortaya çıktığı teori olan tahterevalli mekanizması, sıradan nötrinoların neden bu kadar küçük kütlelere sahip olduğunu açıklar. İki ağır nötrino, sıradan nötrinoların her ölçümüne uymak için yeterlidir, bu nedenle çoğu çalışma üçüncü nötrinoyu dışarıda bırakır.
Roshan, “Burada bulunmamız bile, madde ve antimadde arasında bir asimetri oluştuğunu kanıtlıyor,” dedi.
Ağır bir nötrino diğer parçacıklardan daha uzun süre yaşadı.
Roshan, üçüncü ağır nötrinonun evrenin kütlesinde depolanan enerjiden çok daha sıcak olduğu bir dönemde üretildiğini ve bu nedenle radyasyon gibi davrandığını açıkladı. Evren genişleyip bu enerjinin altına soğudukça, parçacık artık ışık hızına yakın bir hızda hareket etmiyordu ve o andan itibaren madde gibi davranmaya başladı. Neredeyse hiçbir şeyle etkileşime girmediği için çok yavaş bozunuyordu.
Yavaş bozunma asıl mesele. Uzay genişledikçe, madde radyasyondan daha yavaş incelir, bu nedenle yeterince uzun süre yaşayan ağır bir parçacık evrenin enerjisinin çoğunu tutabilir. Ekibin üzerinde çalıştığı örnekte, parçacık bir protondan yaklaşık 100 trilyon kat daha ağırdır ve sonunda bozunana kadar evrenin ne kadar hızlı genişleyeceğini kontrol etmiştir.
Makalenin iki yazarı, evren büyüdükçe radyasyondaki ve ağır nötrinodaki enerjiyi izlemek için bu düzeneği kullandı. Ağır nötrinonun payı arttı ve bir süre baskın oldu, ardından bozunmaya uğradıkça sıfıra düştü.
Ağır nötrino önemli bir sıcaklığı değiştirdi.
Evrenin ilk dönemleri yoğun ve sıcak bir parçacık karışımıydı. Belirli sıcaklıklarda, Higgs bozonu her tür yüklü parçacığı bu karışımın geri kalanıyla dengeye getiriyordu. Elektronun ağır bir akrabası olan tau için bu denge normalde yaklaşık 500 milyar GeV’de sağlanır; bu, fizikçilerin bu uç noktalardaki sıcaklığı ölçmek için kullandıkları bir enerji birimidir.
Ekip, ağır nötrinonun genişlemeyi kontrol etmesiyle tau’nun denge noktasının yaklaşık 70 milyar GeV’ye düştüğünü hesapladı. Bir versiyonda ise bu değer 42 milyar GeV’ye, yani normal değerin yaklaşık onda birine düştü. Roshan bu sıcaklığı, madde-antimadde dengesizliğinin nasıl oluştuğunu şekillendiren bir anahtar olarak adlandırdı.
Bu değişiklik, hangi hesaplamaların uygulanacağını etkiler. Ekibin örneğinde, 100 milyar GeV kütleye sahip daha hafif bir ağır nötrino, fizikçilerin normalde ihtiyaç duyacağından daha basit kurallar altında madde fazlalığı üretebilir. Üçüncü nötrinonun geç bozunması daha sonra evrene fazladan radyasyon yayarak bu fazlalığı seyreltir.
“Bu bize maddenin nasıl kazandığına dair yeni bir açıklama sunuyor,” dedi Show.
İki deney bunu test edebilir.
Aynı zayıf etkileşim, parçacığın ömrünü, ne kadar süreyle baskın kaldığını ve en hafif sıradan nötrinonun kütlesini belirler. Dolayısıyla bu fikir bir tahminde bulunuyor: en hafif nötrinonun ağırlığı yaklaşık olarak bir trilyonda bir ila yüz trilyonda bir elektronvolt arasında olmalıdır. Almanya’daki KATRIN ve Proje 8 gibi deneyler bu aralığa ulaşırsa bunu geçersiz kılabilir.
Earth.com’un yerçekimi dalgası dedektörlerinin bu fikri test edip edemeyeceği sorusuna Roshan evet yanıtını verdi. Maddenin evrenin ilk dönemlerinde baskın olduğu bir dönem, kozmik sicimlerin bıraktığı uzay-zaman dalgalanmalarında bir kırılmaya yol açardı . Bu kırılma, ağır nötrinonun kütlesi tarafından belirlenen bir frekansta yer alırdı.
Roshan, Earth.com’a verdiği demeçte, gelecekteki aletlerin bu kırılmayı arayabileceğini söyledi. Olası aletler olarak SKA radyo teleskobunu, LISA uzay misyonunu, DECIGO’yu ve Einstein Teleskobunu örnek gösterdi. Bazılarının önümüzdeki birkaç yıl içinde faaliyete geçmesinin beklendiğini belirtti.
“Başarılı olurlarsa, ağır nötrinoların evrenin ilk dönemlerindeki etkileriyle ilgili sinyalleri tespit edebilirler,” dedi.
Ağır nötrino teorisi henüz kanıtlanmamıştır.
Burada hiçbir şey gözlemlenmedi. Makale deneysel işaretleri ayrıntılı olarak ele almıyor ve örnek sayıları etkiyi göstermek için seçildi. Ağır nötrinoların kendileri teori tarafından öngörülüyor ve gözlemlenmedi.
Roshan, asıl dersin fizikçilerin neyi görmezden gelmeyi tercih ettikleriyle ilgili olduğunu söyledi.
“Bu durum, önemsiz olduğunu düşündüğümüz parçacıkların bile kozmik olaylarda önemli roller oynayabileceğini vurguluyor,” dedi.
En hafif nötrinonun kütlesi henüz ölçülmedi ve bu tek sayı, evrenin varoluş nedenine dair bu resmin geçerli olup olmadığını ortaya koyacaktır. Bu kırılmayı bulabilecek dedektörler henüz geliştirilme aşamasında, bazıları birkaç yıl içinde kullanıma hazır olacak.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Fizikçiler Maddenin Büyük Patlamadan Sonra Neden Varlığını Sürdürdüğüne Dair Yeni Bir Açıklama Öneriyorlar
Mars’ın 1.800 Kilometrelik Bulutunun Gizemi Daha da Tuhaflaştı
Fizikçiler Maddenin Büyük Patlamadan Sonra Neden Varlığını Sürdürdüğüne Dair Yeni Bir Açıklama Öneriyorlar