Bilinen fizik yasalarına göre; bugün gördüğümüz evrenin karanlık, boş ve sessiz olması gerekirdi. Yıldızların, gezegenlerin, gökadaların, yaşamın var olmaması gerekirdi; sadece genişleyen bir evrende birbiri içinde yayılan enerji ve temel parçacıklar olması gerekirdi.

Ama yine de buradayız.

Kozmologların hesaplarına göre; kabaca 13,8 milyar önce evrenimiz sınırları ve kendine ait kuralları olmayan kalın ve ve sıcak bir enerji yığınından ibaretti. Fakat ardından, bir mikrosaniyeden daha kısa bir süre içerisinde olgunlaştı ve bu curcunadan temel yasalar ile maddenin özellikleri ortaya çıktı. Nasıl oldu da, zarif ve karmaşık evrenimiz meydana geldi?

Üç koşul

“Nasıl var olabiliyor?” sorusu, kuantum mekaniğinin gelişimi sırasında ortaya çıkan bir muammaya atıfta bulunuyor.

1928 yılında Paul Dirac, ışık hızına yakın bir hızda hareket eden elektronun enerjisini tahmin etmek için kuantum teorisi ile özel görelilik teorisini birlikte kullandı. Fakat kullandığı denklemler sonucunda, eşit derece uygun iki farklı sonuç ortaya çıktı: bir pozitif ve bir negatif. Enerjinin kendisi negatif olamayacağı için, Dirac bu iki farklı sonucun, parçacığın iki olası elektrik yükünü temsil ediyor olabileceğini düşündü. Böylece karşıt elektrik yüklü madde-karşı madde çifti fikri doğmuş oldu.

O sıralarda, Dirac’ın Cambridge’deki ofisinden 6 dakika uzakta, fizikçi Patrick Blackett kozmik ışınların sis odalarında bıraktıkları izleri inceliyordu. 1933 yılında bir hava parçacığıyla tek bir ışık parçacığının çarpışması ve sonucunda iki yeni parçacık oluşmasına ait 14 iz gözlemledi. Bu yeni parçacıklara ait sarmal şekildeki izler, birbirinin aynası gibiydi ve bu da birbirlerine zıt elektrik yükü taşıdıklarına işaret ediyordu. Bu Dirac’ın 5 yıl önce öngördüğü şeye yönelik ilk gözlemdi. Bu elektron-pozitron çiftinin doğuşuydu.

Günümüzde madde ile karşı maddenin efsane ikizler olduğu herkesçe bilinmektedir. İki kişilik bir ekip halinde kendiliğinden saf enerjiden doğarlar ve birleştiklerinde bir enerji topu içerisinde yok olurlar. Bu var oma-yok olma davranışı, evrendeki en temel gizemlerden birini meydana getirmiştir: Doğa yasalarında kazınmış olan ne, bizi bu madde ile karşı maddenin devamlı var ve yok olması karmaşasından kurtarmıştır?

Illinois Üniversitesi’nden teorisyen Jessie Shelton; “Böyle bir kozmik asimetrinin olması gerektiğini biliyoruz, çünkü buradayız, varız. Bu kafa karıştıran bir dengesizliktir, çünkü teoriye göre maddenin evrendeki bu yapılanmasını meydana getirebilmek için, aynı anda üç koşulun da sağlanması gerekir” diye açıklıyor.

1960’lı yıllarda fizikçi Andrei Sakharov, maddenin hâkim olduğu bu evren görüntüsünü açıklayabilecek üç koşul öne sürdü. Bilim insanları bu koşulları sağlayan kanıtları hala aramaya devam ediyorlar.

 

1- Zinciri Kırmak

İlk sorun, madde ile karşı maddenin daima birlikte oluşuyor gibi görünmesi. Tıpkı Blackett’ın sis odalarında gözlemlediği gibi; yüksüz enerji eşit seviyede dengeli madde-karşı madde çiftine dönüşüyor. Madde ile karşı maddenin miktarlarında bir dengesizlik olabilmesi için, madde ile karşı maddeden birini daha fazla üreten bir sürecin var olması gerekiyor.

Chicago Üniversitesi’nde kozmoloji alanında doktora sonrası araştırmacısı olan Andrew Long; “Sakharov’un ilk kriteri, maddeyi karşı maddeye veya karşı maddeyi maddeye dönüştüren bir takım yeni süreçlerin var olması gerektiğini söylüyor. Bu da günümüzde deneysel çalışma gruplarının laboratuvarda gözlemlemeye çalıştığı şeylerden birisi” diye anlatıyor.

1980’li yıllarda bilim insanları Sakharov’un ilk koşuluna dair kanıtlar bulabilmek için, bir protonun bir pozitron ve iki fotona dönüşmesine ait izlere baktılar. Aradıkları kanıtları, bu modern simyada bulamamış olsalar da, araştırmaya devam ettiler.

“Evrenin ilk zamanlarında, ağırlıklı olarak bazen de karşı maddeye bozunan, fakat her ikisine birden bozunması gerekmeyen yüksüz parçacıklarla dolu olduğunu düşünüyoruz” diye anlatıyor Long.

 

2- Favoriyi Seçmek

Madde ve karşı madde bir arada bulunamaz. Bir araya gelip, birbirlerine temas ettiklerinde daima yok olurlar. Büyük Patlama’nın ardından karşı maddeye kıyasla, maddeden birazcık daha fazla (10 milyar parçacıkta 1) üretilmesi, gözlenebilir bütün bir evrenin inşaa edilebilmesi için gerekli tüm malzemeleri arkasında bırakabilirdi.

Bu nasıl olabilir? Sakharov’un ikinci koşulu, ilk koşulda belirttiği sadece madde üreten sürecin, karşı madde üreten süreçten daha verimli olması gerektiğini söylüyor. Özellikle; “Astronomik gözlemlerle uyuşan doğru madde türlerine karşı bir kayırma gözlememiz gerekiyor” diye anlatıyor Shelton.

Evrenin ilk zamanlarından kalma ışıkların gözlemlenmesi ve Büyük Patlama’dan sonra oluşan ilk hafif elementlerin ölçülmesi, baryon adı verilen, protonları, karşı protonları ve kuarklardan oluşan diğer parçacık türlerini kapsayan bir parçacık sınıfında uyumsuzluk olması gerektiğini gösteriyor.

“Bunlar genç evrene ait şipşak resimler. Bu resimlerden, genç evrenin yoğunluğu ve sıcaklığını türetebiliyor, ayrıca baryonlar ile karşı baryonların sayısı arasındaki küçük farkı hesaplayabiliyoruz” diye devam ediyor Shelton.

Fakat bu küçük fark, bir sorunu gözler önüne seriyor. Parçacıklar ile onların karşı parçacıklarının davranışları arasında küçük farklılıklar olsa da; bu yapısal özellikler Standart Model ile tutarlı kalmaya devam ediyor ve ne kozmik dengesizliğin kökenini, ne de evrenin maddeye karşı şefkatli tutumunu açıklamaya yetmiyor.

 

3- Tek Yönlü Bir Caddeye Sapmak

Parçacık fiziğinde ileri yönde işleyen bir süreç, aynı şekilde tersi yönde de işleyebilir. Bir foton çifti birleşebilir ve parçacık-karşı parçacık çiftinin biçimlendirebilir. Ve yine aynı şekilde parçacık-karşı parçacık çifti yeniden bir araya gelip, bir foton çifti meydana getirebilir. Bu süreç çevremizde sürekli meydana gelmektedir. Fakat döngüsel olduğu için, herhangi bir madde türüne ait net bir kazanç veya kayıp yoktur.

Eğer bu her zaman doğru olsaydı, genç evrenimizin sonsuz bir yıkım ve üretim döngüsü içinde olması gerekirdi. Bu döngüyü bir anlığına durduran bir şey olmadan, madde bugün gördüğümüz karmaşık yapılara evrilemezdi.

“Dikilen her sökük için, iplik üzerinde aynı anda bir çekilme olur. Süreci ileri doğru işlemeye zorlayan ve aynı oranda geriye işlememesini sağlayan bir yol bulmalıyız diyor Long.

Kozmologların pek çoğu, evrenin yavaşça genişlemesi ve soğumasının, maddeyi “var olma” durumuna kilitlediğinden şüpheleniyor. Tıpkı şekere doymuş bir bardak çayda, çay soğudukça şeker taneciklerinin bardağın dibine düşmesi gibi. (Veya “donma” benzetmesi kullanacak olursak; çay aniden buz haline dönüştüğünde şeker tanecikleri, çaydan ayrışmaya fırsat bulamadan oldukları yerde sabitlenir.)

Diğer kozmologlar ise erken dönem evrendeki plazmanın, madde ile karşı maddenin ayrılmasına yardımcı olan (ve ardından parçacıkların kütle kazanması için kuluçka makinesi görevi gören) baloncuklar içermiş olabileceğini düşünüyorlar.

CERN’de yapılan bazı deneylerde, evrenin Sakharov’un belirttiği üç koşulu sağladığına dair kanıtlar aranıyor. Örneğin CERN’deki Karşı Madde Fabrikası’nda protonlar ile karşı protonların içsel karakteristiklerini arasında çok küçük farklar aranıyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) yürütülen LHCb deneyinde, kararsız madde ve karşı madde parçacıklarının bozunma desenleri inceleniyor.

Shelton ve Long, LHC’de yürütülecek daha fazla çalışmanın, evrenimizin ilk zamanlarına ait daha büyük bir resmi oluşturmak için anahtar görevi göreceğini umuyorlar.

Long’a göre LHC’de yapılan deneylerde, evrenin sürekli ilerleyen ve gerileyen parçacık karışımını durduran bir kilit gibi hizmet etmiş ve madde ile karşı maddenin farklı şekillerde evrimleştiği kozmik petri kapları sunan Higgs alanı keşfedilebilir. “Higgs bozonu ile madde ve karşı maddenin temel özellikleri üzerine yapılacak daha fazla ölçüm, daha iyi teoriler geliştirmemize ve neyden ve nereden geldiğimizi daha iyi anlamamıza olanak sağlayacak” diye ekliyor Long.

Evrenimizin doğuşu sırasında neler olduğu daima bir gizem olarak kalabilir, fakat biz yine de bu zor yapbozun yeni parçalarını aramaya devam edeceğiz.

---

Kaynak: How to build a universe < http://www.symmetrymagazine.org/article/how-to-build-a-universe >

---