Neden Varız? Bu Gizemli Deney Cevabı Bulabilir
Fizikçiler, en küçük parçacıklar hakkında daha fazla bilgi edinerek evrenin kökenine ilişkin temel soruları yanıtlamaya her zamankinden daha yakın.
Bilim insanları, maddenin içinden neredeyse hiç engellenmeden geçen gizemli parçacıklar olan nötrinolar üzerine araştırmalarını yoğunlaştırıyor. Temel hedefler arasında nötrinoların nasıl tür değiştirdiğini incelemek ve mevcut fizik anlayışını dönüştürebilecek daha önce bilinmeyen çeşitleri aramak yer alıyor.
Steril Nötrinonun Gizemi
Cincinnati Üniversitesi Profesörü Alexandre Sousa, neredeyse ışık hızında hareket eden ve her saniye trilyonlarcası neredeyse her şeyin içinden geçen inanılmaz derecede küçük parçacıklar olan nötrinolarla ilgili küresel araştırmanın önümüzdeki on yılını detaylandırdı.
Nötrinolar evrende kütlesi en fazla olan parçacıklardır ve bu da onları fiziğin temel yönlerini anlamaya çalışan bilim insanları için önemli bir odak noktası haline getirmektedir.
Bu parçacıklar güneşteki nükleer füzyon, nükleer reaktörlerdeki ve yerkabuğundaki radyoaktif bozunma ve parçacık hızlandırıcılardaki deneyler gibi çeşitli süreçlerde üretilir. Nötrinolar hareket ettikçe, araştırmacıların ilgisini çekmeye devam eden bir süreçte üç tür ya da “tat” arasında geçiş yapabilirler.
Ancak beklenmedik deneysel sonuçlar fizikçilerin, bilinen dört “kuvvetten” üçüne karşı bağışıklığı olduğu için steril nötrino olarak adlandırılan başka bir nötrino çeşidi olabileceğinden şüphelenmelerine neden oldu.
Sousa, “Teorik olarak yerçekimiyle etkileşime giriyor, ancak diğerleriyle, zayıf nükleer kuvvet, güçlü nükleer kuvvet veya elektromanyetik kuvvetle etkileşimi yok” dedi.
Cincinnati Üniversitesi Profesörü Alexandre Sousa, nötrinoların evrenden geçerken nasıl ‘tat’ değiştirdiklerini göstermek için plastik bir oyuncak kullanıyor. Kredi: Joseph Fuqua II
Nötrino Araştırma İşbirlikleri ve Hedefleri
Journal of Physics G’de yayınlanan yeni bir makalede Sousa ve ortak yazarları, nötrino araştırmalarında araştırmacıları şaşırtan deneysel anomalileri tartışıyor.
Makale, “Snowmass 2021/2022” olarak adlandırılan Parçacık Fiziği Topluluğu Planlama Çalışmasının bir ürünüdür.
Yüksek enerji fiziği alanındaki temsilciler her 10 yılda bir bir araya gelerek Amerika Birleşik Devletleri ve uluslararası ortaklarında parçacık fiziğinin geleceği konusunda işbirliği yapıyor.
Ortak vizyonları, 2023 yılında yayınlanan nihai raporunda projelerin finansmanı konusunda Kongre’ye doğrudan tavsiyelerde bulunan Parçacık Fiziği Proje Önceliklendirme Paneli veya P5 tarafından ifade edilir ve bilim finansmanı senaryolarıyla karşı karşıya getirilir.
Sousa, önümüzdeki on yıl içinde gerçekleşecek en umut verici projelerden bazılarının tartışıldığı makalenin sorumlu yazarıydı.
UC Profesörü Jure Zupan, UC Doçenti Adam Aurisano, UC misafir akademisyeni Tarak Thakore, UC doktora sonrası araştırmacısı Michael Wallbank ve UC fizik öğrencileri Herilala Razafinime ve Miriama Rajaoalisoa da makaleye katkıda bulundu.
UC fizik profesörü Jure Zupan nötrino araştırmalarının önümüzdeki 10 yılını özetleyen bir makalenin ortak yazarıdır. Kredi: Joseph Fuqua II/UC
Nötrino Fiziğinde Gelecek Beklentileri
Zupan, “Nötrino fiziğinde birkaç cephede ilerleme bekleniyor” dedi.
Zupan, steril nötrino arayışının yanı sıra, fizikçilerin yakın gelecekte yapılacak deneylerle test edebilecekleri birkaç deneysel anomaliye (veri ve teori arasındaki uyuşmazlıklar) baktıklarını söyledi.
Nötrinolar hakkında daha fazla bilgi edinmek, yüzyıllardır süregelen fizik anlayışımızı alt üst edebilir. Son olarak nötrino salınımlarının keşfinin 2015 Nobel Fizik Ödülü’nü almasıyla birlikte, birçok nötrino projesi dünyanın en büyük bilimsel ödülü olan Nobel Ödülü’ne layık görüldü. Amerika Birleşik Devletleri gibi ülkeler, bu soruların peşinden gitmeye yönelik muazzam bilimsel ilgi nedeniyle bu projelere milyarlarca dolar yatırım yapmaktadır.
Sorulardan biri, eğer Büyük Patlama her ikisini de eşit ölçüde yarattıysa, evrenin neden antimaddeden daha fazla maddeye sahip olduğudur. Sousa nötrino araştırmalarının bu soruya yanıt verebileceğini söyledi.
Sousa, “Günlük hayatınızda bir fark yaratmayabilir ama biz neden burada olduğumuzu anlamaya çalışıyoruz” dedi. “Nötrinolar bu çok derin soruları yanıtlamanın anahtarı gibi görünüyor.”
Derin Yeraltı Nötrino Deneyi, Fermilab’dan Sanford Yeraltı Nötrino Tesisi’ndeki DUNE dedektörlerine gönderilecek bir nötrinoyu inceleyerek nötrino salınımlarını ölçecek. Deney, Fermilab’ın Long-Baseline Neutrino Facility’de yaratılan bir müon nötrino demetini kullanacak ve onu 800 mil/1300 kilometre boyunca doğrudan Güney Dakota’ya gönderecek. Nötrinolar Güney Dakota’ya ulaştığında, nötrinoların sadece küçük bir kısmı müon nötrinosu olarak tespit edilecek. Nötrinoların çoğu elektron ve tau nötrinoları olarak etkileşime girecektir. Kredi: Fermilab
DUNE: Nötrino Deneylerinin En İleri Noktası
Sousa, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı tarafından yürütülen DUNE veya Derin Yeraltı Nötrino Deneyi adlı en iddialı nötrino projelerinden birinin bir parçası. Ekipler nötrino detektörleri yerleştirmek için eski Homestake altın madenini yerin 5.000 metre altına kazdı. Sousa, asansörün dedektör mağaralarına ulaşmasının yaklaşık 10 dakika sürdüğünü söyledi.
Araştırmacılar dedektörleri kozmik ışınlardan ve arka plan radyasyonundan korumak için yerin derinliklerine yerleştiriyor. Bu da deneylerde üretilen parçacıkların izole edilmesini kolaylaştırıyor.
Deney 2029 yılında, dedektör modüllerinden ikisinin atmosferden gelen nötrinoları ölçmesiyle başlayacak. Ancak 2031’den itibaren Fermilab’daki araştırmacılar yüksek enerjili bir nötrino demetini Dünya’dan 800 mil öteye, Güney Dakota’daki bekleyen detektöre ve Illinois’deki çok daha yakın bir detektöre gönderecek. Proje 1.400’den fazla uluslararası mühendis, fizikçi ve diğer bilim insanlarının ortak çalışmasıdır.
Sousa, “Bu iki dedektör modülü ve şimdiye kadarki en güçlü nötrino ışını ile çok fazla bilim yapabiliriz” dedi. “DUNE’un çevrimiçi olması son derece heyecan verici olacak. Şimdiye kadarki en iyi nötrino deneyi olacak.”
Cincinnati Üniversitesi Profesörü Alexandre Sousa, nötrinoların evrenden geçerken nasıl ‘tat’ değiştirdiklerini göstermek için plastik bir oyuncak kullanıyor. Kredi: Joseph Fuqua II
Sonuç ve Geleceğe Yönelik Öneriler
Çalışma, 118 üniversite veya enstitüden 170’ten fazla katılımcının ve Sousa da dahil olmak üzere 14 editörün yer aldığı iddialı bir girişimdi.
“Farklı bilim insanlarından oluşan bir grupla işbirliğinin çok iyi bir örneğiydi. Her zaman kolay değildir, ancak bir araya geldiğinde çok keyiflidir” dedi.
Bu arada Sousa ve UC’den Aurisano, nötrinoların nasıl ve neden tat değiştirdiğini ve geri döndüğünü inceleyen NOvA adlı başka bir Fermilab nötrino deneyinde de yer alıyor. Haziran ayında araştırma grubu, nötrino kütlesinin bugüne kadarki en hassas ölçümlerini sağlayan son bulgularını bildirdi.
Hyper-Kamiokande ya da Hyper-K olarak adlandırılan bir diğer büyük proje ise Japonya’da inşa edilmekte olan bir nötrino gözlemevi ve deneyidir. Diğer araştırma sorularının yanı sıra steril nötrinolara dair kanıtlar arayan bu deney de 2027 gibi erken bir tarihte faaliyete geçebilir.
“Özellikle DUNE ile bir araya getirdiğinizde çok ilginç sonuçlar ortaya çıkacaktır. Dolayısıyla bu iki deney bir araya geldiğinde bilgilerimizi muazzam ölçüde ilerletecek,” diyor Sousa. “2030’larda bazı cevaplara sahip olmalıyız.”
UC’den Zupan, milyarlarca dolarlık bu projelerin madde ve antimadde ile evrenin kökenine ilişkin temel soruları yanıtlama konusunda umut vaat ettiğini söyledi.
“Zupan, “Şimdiye kadar parçacık fiziğinde sıfır olmayan bir değere sahip olan ve kuarkların özellikleriyle ilgili olan bu türden yalnızca bir parametre biliyoruz. Benzer bir şeyin nötrinolar için de mevcut olup olmadığı ilginç bir açık soru.”
Sousa, dünyanın dört bir yanındaki bilim insanlarının cevaplar sağlayabilecek ya da yeni sorular üretebilecek başka nötrino deneyleri üzerinde çalıştığını söyledi.
Peki ya sonra?
Sousa, “O zaman emekliliği düşünüyor olacağım,” diye şaka yaptı.
Kaynak: https://scitechdaily.com