Antimadde Hakkında 10 Gerçek

Antimadde çok sayıda doğaüstü öyküye esin kaynağı olmuş, sağlam bir bilimkurgu malzemesidir. Örneğin Melekler ve Şeytanlar kitabında, Prof. Langdon Vatikan’ı bir antimadde bombasından kurtarmışt..
Görsel Telif:

Antimadde çok sayıda doğaüstü öyküye esin kaynağı olmuş, sağlam bir bilimkurgu malzemesidir. Örneğin Melekler ve Şeytanlar kitabında, Prof. Langdon Vatikan’ı bir antimadde bombasından kurtarmıştır. Uzay Yolu’nun Atılgan adlı gemisi de madde-antimadde yok oluşu itmesi sayesinde ışıktan hızlı gidebilmektedir. Aslında tüm bu kurgusal heyecanlar bir yana, antimaddenin kendi doğası zaten yeterince büyüleyici.

Antimadde gerçekten var. Antimadde parçacıkları kendi madde eşlerine neredeyse tıpatıp özdeş; sadece elektrik yükleri zıt işaretli ve spinleri ters yönlü. Madde ile antimadde eşler bir araya geldiklerinde, birlikte saf enerjiye dönüşerek maddesel varlıklarını kaybediyorlar. Antimadde hakkında kurgudan arınmış bazı önemli gerçekleri aşağıda bulabilirsiniz.

1. Büyük Patlama’dan hemen sonra antimadde evrendeki tüm maddeyi yok etmiş olmalıydı.

Kuramsal olarak, büyük patlama eşit miktarda madde ve antimadde yaratmıştır. Madde ile antimadde karşılaştığında yok olurlar ve geride enerjiden başka şey kalmaz. Dolayısıyla ilkesel olarak, hiçbirimiz varolmamalıydık.

Ama buradayız. Fizikçilerin şu ana dek söyleyebildiği kadarıyla da bunun nedeni, sonuçta milyarlarca madde-antimadde çiftinden birinde fazladan bir madde olması. Fizikçiler bu asimetriyi açıklayabilmek için sıkı çalışıyor.

2. Antimadde size düşündüğünüzden daha yakın.

Küçük miktarlarda antimadde sürekli olarak kozmik ışınlar (uzayın derinliklerinden gelen yüksek enerjili parçacıklar) biçiminde Dünya’ya yağıyor. Bu antimadde parçacıklarının atmosferimize ulaşma oranları, metre kare başına 1 ile 100 tane arasında değişiyor. Bilimciler ayrıca şimşekli fırtınaların üzerinde antimadde üretimine ilişkin kanıtlar buldu.

Size daha yakın antimadde kaynakları da var. Örneğin muz bir antimadde kaynağıdır. İçerdiği potasyum-40 elementinden dolayı, yaklaşık olarak her 75 dakikada bir pozitron (elektronun antimadde eşi) salar. Yani potasyumun bu doğal izotopu bozunurken, süreç esnasında antimadde yayımlamış olur.

Ayrıca bedenlerimizde de potasyum-40 vardır; dolayısıyla bizler de pozitron yayımlarız. Antimadde madde ile karşılaştığı anda birlikte yok oldukları için, yayımladığımız bu parçacıklar çok kısa ömürlü olur.

3. Parçacık hızlandırıcılarda az miktarda antimadde üretimi yapılır.

Antimadde-madde yokolması sırasında devasa bir enerji salınımı olma potansiyeli vardır. Bir gram antimadde, bir nükleer bombaya eşdeğer patlama yaratabilir. Bununla birlikte, insanlar tarafından üretilen antimadde miktarı çok azdır.

Fermilab’ın Tevatron parçacık hızlandırıcısında üretilen antiprotonların hepsini toplasanız ancak 15 nanogram eder. CERN’de üretilenler de 1 nanogram civarı tutar. Almanya’da bulunan DESY ise bugüne dek yaklaşık 2 nanogramlık pozitron üretmiştir. Eğer insanlar tarafından üretilebilmiş olan tüm bu antimadde bir seferde yok olacak olsa, ortaya çıkan enerji bir bardak çayı ısıtmaya bile yetmezdi.

Sorun, antimadde üretim ve depolanmasındaki maliyetten ve verimsizlikten kaynaklanıyor. 1 gram antimadde yapmak için yaklaşık 25 milyon milyar kilowatt-saatlik enerji gerekiyor ve çok pahalıya maloluyor.

4. Antimadde tuzağı denilen bir şey vardır.

Antimaddeyi incelemek için, onun madde ile temas edip de yok olmasının önüne geçmeniz gerekir. Bilimciler tam da bunu yapan bazı yöntemler geliştirmiştir.

Yüklü antimadde parçacıkları, örneğin pozitronlar ve antiprotonlar Penning tuzağı adı verilen araçlar içinde tutulabilirler. Bunları minik hızlandırıcılarla kıyaslamak mümkün. İçerideki manyetik ve elektrik alanlar sayesinde sarmallar çizen parçacıklar, tuzağın duvarlarına çarpmadan kalabiliyor.

Fakat Penning tuzakları antihidrojen gibi yüksüz parçacıklarda işe yaramıyor. Elektriksel yük taşımadıkları için böyle parçacıklar elektrik alanlar tarafından sınırlandırılamıyor. Onları Ioffe tuzağı adı verilen, manyetik alanın tüm yönlerde büyüdüğü uzay bölgelerinde saklayabiliyoruz. Parçacık bu alan içine en zayıf manyetik alanla sıkışıyor; tıpkı bir şişenin dibinde dönen bilye gibi. Dünya’nın manyetik alanı da bir antimadde tuzağı gibi davranabilir. Dünya’nın çevresindeki Van Allen radyasyon kuşaklarında antiprotonlar bulunmuştur.

5. Antimadde yukarı düşebilir.

Antimadde ve madde parçacıkları (bir madde parçacığı ile kendisinin antimadde eşi) aynı kütleli olur; fakat elektrik yükü ve spin gibi özellikleri farklıdır. Standart Model’in öngörüsüne göre kütleçekimin madde ve antimadde üzerindeki etkisi aynı olmalıdır; ancak bunun henüz deneysel kanıtı yok. AEGIS, ALPHA ve GBAR gibi deneyler konu üzerinde çalışmaya devam ediyor.

Kütleçekimin antimadde üzerindeki etkisini gözlemlemek, ağaçtan düşen bir elmayı izlemek kadar kolay değil. Deneylerde antimaddenin tuzaklanması ya da mutlak sıfırın çok az üstündeki sıcaklıklara kadar soğutularak yavaşlatılması gerekiyor. Doğadaki dört temel kuvvet (kütleçekim kuvveti, elektromanyetik kuvvet, güçlü çekirdeksel kuvvet, zayıf çekirdeksel kuvvet) arasında en zayıf olan kütleçekim kuvveti olduğu için fizikçilerin bu deneylerde nötr antimadde parçacıkları kullanarak, daha güçlü olan elektriksel kuvveti devre dışı bırakması da bir zorunluluk.

6. Antimadde parçacık hızlandırıcılarda incelenir.

Parçacık hızlandırıcıları duymuşsunuzdur; peki hiç parçacık yavaşlatıcılar kulağınıza geldi mi? CERN’de bulunan Antiproton Yavaşlatıcı (İng. Antiproton Decelerator) adlı makine antiprotonları yakalayıp yavaşlatan ve böylece özellikleri ile davranışlarının incelenmesine olanak tanıyan bir depolama halkasıdır (İng. storage ring).

Büyük Hadron Çarpıştırıcı gibi dairesel parçacık hızlandırıcılarda, parçacıklar her bir tur tamamladıklarında bir enerji yüklemesi alırlar (salıncakta arkadaşınızı sallarken, size her yaklaştığında bir kez itişiniz gibi). Yavaşlatıcılar da tam tersini yapar. Enerji vermek yerine, parçacıklar her turda bir kez ters yönde enerji uygulanarak hızları düşürülür.

7. Nötrinolar kendi kendilerinin antiparçacığı olabilirler.

Bir madde parçacığı ile kendisinin antimadde partneri zıt işaretli elektrik yükü taşırlar ve böylece kolaylıkla ayırt edilebilirler. Madde ile nadiren etkileşen ve neredeyse kütlesiz parçacıklar olan nötrinolar ise yüksüzdür. Bilimciler onların Majorana parçacıkları (kendi kendilerinin antiparçacığı olan hipotetik parçacıklar sınıfı) olabileceğini düşünüyor.

Majorana Tanıtıcı (İng. Majorana Demonstrator) ve EXO-200 gibi projeler, nötrinoların Majorana parçacığı olup olmadıklarını ortaya çıkarmayı amaçlıyor. Bu nedenle, nötrinosuz çift-beta bozunumu adı verilen bir davranışı arıyor.

Bazı radyoaktif çekirdekler iki elektron ve iki nötrino salarak eşzamanlı bozunur. Eğer nötrinolar kendi antiparçacıkları ise çifte bozunumun hemen ardından birbirlerini yok edecek ve bilimciler sadece elektronları gözlemleyecektir.

Majorana nötrinolarını bulmak, ortada neden bir antimadde-madde asimetrisi olduğunu açıklamaya yardımcı olabilir. Fizikçilerin hipotezine göre, Majorana parçacıkları ya ağır ya da hafif olmalıdır. Hafif olanlar günümüzde varolsa da, ağır olanlar sadece büyük patlamanın hemen sonrasında varolmuşlardır. Bu ağır Majorana nötrinoları asimetrik olarak bozunmuş ve evrenimizin varolmasını sağlayan minik madde fazlalığına yol açmışlardır.

8. Antimadde tıpta kullanılmaktadır.

PET (İng. positron emission tomography) yani Pozitron Yayma Tomografisi, bedenin yüksek çözünürlüklü görüntülerini üretmek için pozitron kullanır. Pozitron yayan radyoaktif izotoplar (muzda bulunanlar gibi), beden tarafından doğal biçimde kullanılan glukoz gibi kimyasal maddelere bağlanır.  Bunlar kan dolaşımına enjekte edildiklerinde, doğal biçimde parçalanarak vücuttaki elektronlarla karşılaştıklarında yok olacak pozitronlar salarlar. Çift yok olması (madde-antimadde parçacık çiftinin yok olması) sonucunda gama ışınları üretilmiş olur ve bu ışınlar sayesinde de görüntü oluşturulur.

CERN’de yürütülen ACE projesi bilimcileri, antimaddeyi kanser terapisi için potansiyel bir aday olarak inceliyor. Fizik tedavi uzmanları, parçacık demetleri ile tümörleri hedef alarak, sağlıklı dokudan güvenle geçip enerjiyi gereken yerde salabildiklerini çoktan keşfettiler. Antiproton kullanmak fazladan enerji sağlıyor. Bu tekniğin hamster hücrelerinde etkili olduğu saptandı ve insan hücreleri için araştırmalara sürüyor.

9. Varolmamızı engellemesi gereken antimadde halen uzayda geziniyor olabilir.

Antimadde-madde asimetrisi problemini çözmek için bilimcilerin bir diğer çabası da büyük patlamadan arta kalan antimaddeyi bulmaya çalışmak.

Uluslararası Uzay İstasyonu’nun üzerinde bulunan Alfa Manyetik Spektrometre (İng. The Alpha Magnetic Spectrometer) bu amaçla çalışan bir parçacık dedektörüdür. AMS’de bulunan manyetik alanlar kozmik ışınları saptırarak, madde ile antimaddenin ayırt edilmesini sağlar. Parçacıklar geçiş yaparken, AMS dedektörü parçacıkları değerlendirip tanımlar.

Kozmik ışın çarpışmaları sürekli olarak pozitron ve antiproton üretiyor, fakat bir antihelyum atomu oluşma olasılığı aşırı düşük çünkü bunu için çook miktarda enerji gerekiyor. O nedenle tek bir antihelyum çekirdeğinin bile gözlemlenmesi, evrenin bir yerlerinde çok miktarda antimadde olduğuna ilişkin güçlü bir kanıt olurdu.

10. Uzay araçlarında yakıt olarak antimadde kullanmak üzerine gerçekten araştırmalar yapılıyor.

Bir avuç kadar antimadde çok büyük miktarda güç üretebilir. Bu da onları bilimkurgunun gelecek araçları için popüler kılıyor. Antimadde roket itmesi hipotetik olarak mümkün; en büyük sınırlandırma ise yeterince antimadde bulmaktan kaynaklanıyor.

Şu anda antimadde için kitlesel üretim yapabilmemizi sağlayacak ya da bu uygulama için yetecek hacimde antimadde biriktirecek bir teknoloji yok. Fakat bu konuda çalışan araştırmacılar var.


Kaynak: Symmetry Magazine, “Ten things you might not know about antimatter”
< http://www.symmetrymagazine.org/article/april-2015/ten-things-you-might-not-know-about-antimatter >


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (5 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

  • Yiğit Türkmen 26 Temmuz 2017 - 12:57
  • geçenlerde discovery scienceta belgeselini izlemiştim bu iyi oldu

  • Gülden 18 Haziran 2017 - 12:00
  • RUH dediğimiz şey Anti madde olabilir mi? Kaybolması insanın ölmesine neden olabilir mi?

    • BilimFili 19 Haziran 2017 - 23:09
    • Ruh” dediğiniz şeyin ne olduğu hakkında bilgimiz yok fakat “anti-madde” için bu ismin kullanılmadığından emin olabilirsiniz ? Anti-madde de madde kadar gözle görülüp elle tutulabilir. Sadece temel fiziksel özellikleri madde ile zıttır; biri eksi yüklü iken diğerinin artı yüklü olması gibi. Kaybolmasından söz ettiğiniz anti-madde acaba hangi anti-madde… Çünkü çevremizde gördüğümüz her şey, canlılar da dahil her şey, yani siz de tümüyle maddeden oluşmuş durumdasınız.

  • İrem 17 Haziran 2017 - 22:39
  • Maddeyi antimaddeyle çarpıştıran şey nedir peki? Onları birbirine iten şey?

    • BilimFili 19 Haziran 2017 - 23:08
    • Bir madde parçacığı ile onun antimadde parçacığının elektrik yükleri zıt olur. Örneğin, bir madde parçacığı olan elektron eksi yüklüdür. Elektronun antimadde eşi olan pozitron (diğer adıyla anti-elektron) ise artı yüklüdür. Dolayısıyla elektromanyetik etkileşim onları birbirine çeker.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv