Fizik, aynı şeyin çok sayıda değişik yolla ölçümüne belki de tüm diğer bilimlerden daha fazla önem verir. Farklı deneyler, bilimcilerin tüm koşulları sağlayan doğru yanıtlara odaklanmasını sağlar. Küçücük de olsa bir fark yakalayabilmek bu nedenle heyecan vericidir. Fizikçiler kullandıkları model hakkında böyle bilgi edinirler; hatta mevcut modelin ötesine geçme yolu bulabilirler. İşte böyle bir uyumsuzluk bulmak için nötrino ölçümleri, hem hızlandırıcı deneylerinden gelen, hem de reaktör bazlı deneylerden gelen verilere dayanarak yapılıyor. Nötrinoların özelliklerinde ufak bir uyuşmazlık bulunursa, onların büyük resme nasıl yerleştirilebileceği daha açık duruma gelebilir.

Nötrinolar aşırı miniktir ve hemen hemen hiçbir şey ile etkileşmeyen yüksüz parçacıklardır. Bir ışık yıllık kurşundan öylece geçip gidebilirler. Bizim içimizden de her saniye trilyonarcası geçer. Onlar evrende en bol bulunan kütleli parçacıklardır; o nedenle de bilimcilerin yoğun ilgisine mazhar olurlar.

Bu hayaletimsi parçacıkların üç farklı çeşnisi bulunur: Elektron nötrinosu, muon nötrinosu ve tau nötrinosu. Bir yandan ilerlerken, bir yandan da bu üç çeşni arasında dönüşüp dururlar. Yani Illinois'deki Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'ndan ayrılırken müon nötrinosu olan parçacık, Güney Dakota'daki yeraltı dedektörüne elektron nötrinosu olarak varabilir. Bu farklı çeşniler, nötrinoların üç farklı "kütle durumu"nun bir karışımı biçimindedir.

Nötrinolar gerçekten tuhaftır. Olasılıkların, dönüşüm matrislerinin ve pek çok başka acayipliğin hüküm sürdüğü kuantum dünyasında takılırlar. Yine de nötrinolar hakkında ölçebileceğimiz bir sürü farklı nicelik vardır. Bunlardan biri teta13 ("teta bir üç" olarak seslendirilir) parametresidir. Teta13 nötrinoların birbirlerine nasıl dönüştüğü ile derinden bağlantılıdır. Bilimcilerin farklı deneylerden gelen verilerde çok ince bir uyumsuzluk yakaladığı nokta da burası.

Hızlandırıcılar ve Reaktörler

Nötrinolar ve teta13 gibi parametreler hakkında bilgi edinmenin çok sayıda yolu var. En popüler iki yöntem ise parçacık hızlandırıcılar ve reaktörler. Teta13'ün en iyi ölçümleri Double Chooz, RENO ve Çin'de yapılan Daya Bay Reaktör Nötrino Deneyi gibi reaktör temelli araştırmalardan elde edildi.

Nükleer reaktörlerin yakınında konumlandırılan dedektörler, teta13'ün harika ölçümlerini alıyorlar. Çünkü reaktörler aşırı saf bir elektron anti-nötrinosu çeşmesine benziyor. Teta13 parametresi de elektron nötrinolarının karışımı ile yakından ilişkili. Araştırmacılar, yakındaki bir dedektörden uzaktaki bir dedektöre giden elektron anti-nötrinolarının sayılarındaki azalmaya bakarak ne kadarının diğer çeşnilere dönüştüğünü anlıyor ve teta13'ü hesaplıyor.

Öte yandan hızlandırıcılar tipik olarak bir müon nötrinosu demeti ile işleme başlıyor. Bu demet oldukça saf olsa da, içine bir miktar elektron nötrinosu bulaşmış olabiliyor. Uzaktaki dedektörler hem gözden kaybolan müon nötrinolarına, hem de beliren elektron nötrinolarına bakıor. Fakat bu çeşitliliğin bir bedeli var.

"Uzun taban değerli nötrino salınımlarının gücü de laneti de sadece teta13'e değil, her türlü nötrino salınımına duyarlı olmalarıdır," diyor Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda çalışan ve Daya Bay araştırmacılarından biri olan Dan Dwyer.

Bunu aklımızda tutarak uyuşmazlığın kaynağına gelelim. ABD'de bulunan NOvA ve Japonya'da bulunan T2K gibi hızlandırıcı bazlı deneylerden gelen sonuçlarda, reaktör deneylerinden gelenlere bakılarak yapılan öngörülere göre beklenilden birkaç tane fazla elektron nötrinosu çıkıyor.

"Demet deneylerine uyan, kaç tane elektron nötrinosu çıkacağını gerçekten tanımlayan teta13 değeri, Daya Bay, RENO ve Double Chooz'de ölçülenden biraz daha büyük. Dolayısıyla ortalık biraz gerilmiş durumda," diyor Duke Üniversitesi profesörlerinden T2K araştırmacısı Kate Scholberg.

Hızlandırıcı deneylerinden gelen veri, reaktör deneylerine bakılarak yapılan güçlü ölçümlere kıyasla henüz çok yeni. Ayrıca demetin doğasından ötürü daha karmaşık. Daha aradaki uyumsuzluğu ciddiye alan kimse olmadı, çünkü bu pek çok yolla açıklanabilir. En önemlisi de hızlandırıcı deneyleri yeterince bilgiye sahip değil.

"Yeterli istatistik için T2K ve NOvA'nın beklenmesi gerekli. Bu da biraz zaman alacak," diyor Fermilab'ın Kuramsal Fizik Bölümü başkanı Stephen Parke. Parke, Scholberg ve Dwyer, kayda değer birşey elde edildiğini söylemek için yaklaşık beş yıl daha veri toplanması gerektiğinde hemfikir.

Nötrinolardan Anlam Çıkarmak

Peki eğer hızlandırıcı deneyleri daha fazla veri topladığı zaman açık bir uyumsuzlıkla karşılaşılırsa, bu ne anlama gelir?

Duruma bakılırsa, teta13'ü sevmek için çok nedenimiz var. Evrenimizi tanımlayabilecek temel parametrelerden birisi o. Pratik bir bakış açısından, nötrinoların daha iyi anlaşılması amacıyla gelecekte yapılacak deneylerin tasarlanmasına yardımcı olacak. Dolayısıyla fizikçilerin yeni birşeyler öğrenmesini sağlayacak.

"Verilerin uyuşmazlık göstermesini beklemiyoruz, ama bir yandan da öyle olmasını umuyoruz. Çünkü o zaman eksik birşeyler olduğuna kanaat getireceğiz," diyor Northwestern Üniversitesi'nden André de Gouvêa.

Bu eksik şey CP kırılması (yük-parite simetri kırılması) olabilir ve o durumda nötrinolarla anti-nötrinoların farklı davranışlar sergilediği kanıtlanır. CP kırılması nötrinolarda daha önce hiç gözlemlenmedi. Eğer araştırmacılar hızlandırcı deneyleri ile böyle birşey gözlemlerse, evrenimizin neden eşit oranda madde ve antimadde içermek yerine salt maddeden oluştuğu anlaşılmış olur.

Yanısıra, CP kırılmasının olup olmadığını anlamak, farklı nötrino dönüşüm parametrelerinin anlaşılması demek olur. Bu da daha güçlü, yeni nesil deneylerin kurulmasına kapı açar.

"Bu tip deneylerin geliştirilmesi çok karmaşık bir iş. En büyük güçlüklerden biri, ölçtüğünüzü düşündüğünüz şeyi ölçtüğünüzden emin olmanız. Çok sayıda nötrino salınım deneyimiz olmasının nedenlerinden biri de bu," diyor de Gouvêa.

Sonuç olarak, nötrino bilmecesinde hala eksik pek çok parça var. Değişik tülerdeki deneyler, bu boşlukları doldurmak için hızla çalışıyor. Yani nötrino fizikçileri için oldukça heyecan verici bir zaman dilimindeyiz.

"Nötrinonun gizemlerini çözmemiz lazım ve bu kolay bir iş değil. Anlaşılan bize sırlarını kolay kolay açmayacak," diyor Parke.

 

---

Kaynak: Symmetry Magazine, "A measurement to watch"
< http://www.symmetrymagazine.org/article/a-measurement-to-watch >

---