Anti maddenin izinde
Büyük Patlama anında madde ve antimadde birbirini yok ettikten sonra nasıl oldu da geriye galaksiler, yıldızlar ve gezegenleri oluşturmaya yeterli miktarda madde kaldı? Bu sorunun cevabı atomları açıklayan Standart Model’i ve fiziğin temellerini sarsabilir.
İnsanların, Dünya ve Evrenin neden var olduğu sorusunun cevabı fizikte biraz daha beklemek zorunda kalacak; çünkü yeraltında inşa edilen nötrino detektörleri, nötrinoların aynı zamanda kendi “anti parçacıkları” gibi davranarak birbirini yok ettiğine dair hiçbir iz bulamadı. Oysa Evrende insanları ve Dünyayı meydana getiren normal maddenin kökenini anlamak için nötrinolarla ilgili bu sorunun cevaplanması gerekiyor.
Evren; karanlık enerji, karanlık madde ve az miktarda normal maddeden meydana geliyor. Normal madde Evrendeki galaksileri, yıldızları ve dünyaları oluşturuyor. Ayrıca fizikte her parçacığın bir anti eşinin olması gerekiyor ki buna anti madde deniyor. Ancak fizikçiler nötrinoların kendi kendine anti maddeye dönüşüp birbirini yok ettiğine dair bir kanıt bulamadılar ve bu da fizik teorilerini zora soktu.
Evren neden anti maddeden oluşmuyor?
Münih Teknik Üniversitesinden Michael Marino, nötrinoların anti maddeye (antinötrinoya) dönüşmesiyle ilgili “Şimdilik hiçbir şey göremedik” diyor. Oysa nötrinolar kendi kendisinin anti madde eşiyse bu durum Evrendeki en büyük gizemi çözebilir.
Evren’i doğuran Büyük Patlamanın ardından eşit miktarda madde ve anti madde yaratılmışsa, madde ve anti madde neden birbirini tümüyle yok etmedi? Neden geriye bugün gözlemlenebilir Evrende bulunan yaklaşık 170 milyar galaksiyi oluşturmaya yetecek miktarda madde kaldı? Bunun için maddenin anti maddeden daha çok sayıda üretilmiş olması gerekiyor.
Nötrinolar işte burada devreye giriyor: Antinötrinolar rastgele olarak nötrinoya dönüşebiliyorsa, Evren’’in başlangıcında var olan anti maddenin bir kısmı da maddeye dönüşerek maddenin saflarını güçlendirmiş ve anti madde-madde çarpışmasından kaynaklanan yokoluştan sonra, geriye Evreni oluşturacak miktarda madde kalmış olabilir.
Terazinin kefesi
Fizikte geçerli teoriye göre Büyük Patlama Evren’i oluşturduğu zaman Evren yalnızca enerji ile doluydu, ancak uzay boşluğu soğumaya başlayınca eşit miktarda madde ve anti madde üretildi. Marino’ya göre büyük yokoluşun ardından geriye hemen hiç madde kalmaması gerekiyordu.
Bunu çözmek isteyen fizikçiler, İtalyan fizikçi Ettore Majorana tarafından 1930’larda geliştirilen bir modeli ele aldılar: Belki de maddeyle pek az etkileşime giren ve nötrino olarak adlandırılan bu küçük yüksüz atomaltı parçacıklar, kendi kendilerinin anti maddesi olarak davranabiliyordu (Majorana parçacıkları). Bu durumda çift beta bozunumu olarak adlandırılan parçacık bozunum süreci nötrino üretmeden gerçek-leşmeliydi.
New Mexico’daki Zenginleştirilmiş Ksenon Gözlemevi (EXO-200) araştırmacıları, hiç nötrino içermeyen bir çift beta bozunumu gözlemlemek için iki yıl harcadılar fakat sonuç alamadılar. Yerin 650 metre altında yer alan, 200 kg radyoaktif ksenon 136 ile dolu olan ve yüksek voltaj verilen basit bir kaptan oluşan EXO-200 dedektörü, radyoaktif maddedeki çift beta bozunumu gözlemlemek için geliştirilmişti.
Bir dönüşüm meselesi
Çift beta bozunumda proton ve nötronlardan oluşan dengesiz (radyoaktif) bir atom çekirdeği, iki nötron salıyor ve bu nötronlar da iki elektronla iki antinötrino salarak protonlara dönüşüyor. Nötrinolar kendi kendisinin anti maddesi ise, bu süreçte antinötri-nolardan biri nötrinoya dönüşebilir ve yeni nötrino ile geriye kalan antinötrino birbirini yok edebilir.
Bu durumda nötrino içermeyen çift beta bozunumdan geriye yalnızca iki elektron kalması gerekiyor. Ancak EXO-200 detektörü nötrino içermeyen bir bozunum tespit etmedi. Bunun iki açıklaması var:
Birinci olasılıkta, nötrinoların antinötrinoya dönüşme süreci trilyonlarca yıl alıyor ama bu varsayım doğruysa, Evrendeki maddenin yok olmaktan kurtulmasını bazı anti-nötrinoların nötrinolara dönüşmesiyle ile açıklayanlayız. Çünkü Evren’’in yaşı yaklaşık 13 milyar yıl, trilyonlarca yıl değil, ikinci olasılık ise çok daha basit: Nötrinolar antinötrinoya dönüşmüyor!
Ancak her iki durumda da Evrendeki maddenin varlığına, daha doğrusu Evrendeki maddenin anti maddeden kurtulup “nasıl hayatta kaldığına” farklı bir açıklama getirmek gerekiyor. Örneğin nötronların içindeki pozitif ve negatif yük, protonlarla birlikte atom çekirdeklerini meydana getiren bu parçacıkların içinde simetrik olarak dağılmamış olabilir (nötronları oluşturan kuarklarm toplam yükü sıfırdır). Marino’ya göre, elektron çift kutupluluğu olarak adlandırılan bu durum Evrenin doğumu sırasında maddenin anti maddeye üstün gelmesini açıklayabilir. Fizikçiler Standart Model üzerindeki araştırmalarını dört koldan sürdürerek bu temel uyuşmazlıkları gidermeye çalışıyor.
