Anti-madde (Anti-parçacık, Antimatter)
 

Anti-madde (Anti-parçacık, Antimatter)

Hazırlayan: Akhenaton

Atomu bir arada tutan parçacıklara bakıldığında elektronun ve protonun elektrik yüküne sahip olduğu görülür. Elektronun yükü (-), protonun yükü (+) dır. Standart model'e göre bu parçacıkların aynı kütlede fakat ters elektrik yüke sahip karşıtları vardır. Bu karşıtlara “anti-madde" denir. Örneğin elektronun anti madde karşılığı (+) yüklü pozitron, protonun anti madde karşılığı (-) yüklü anti proton'dur.[1] Kısaca anti-madde, normal madde ile temas ettiğinde onu ve kendini yok ederek enerji açığa çıkaran, anti-nötron, anti-proton ve pozitron gibi anti-parçacıklardan oluşan madde türüdür.[2]

Anti madde, normal maddenin yani biz canlıları, evrendeki pek çok gezegeni, yıldızları, galaksileri oluşturan maddenin yük olarak karşıtı olarak tanımlanabilir ve ilk kez 1931 yılında Fizikçi Paul Dirac tarafından ortaya atılmış ve [3] daha sonraki gözlemlerle de varlığı doğrulanmıştır.[4]

Anti-madde, birçok kitaba ve filme konu olmuş (örneğin Dan Brown'un "Melekler ve Şeytanlar"ı gibi.), bazıları tarafından bir kurtuluş, bazıları tarafındansa felaket olarak görülen bir buluştur. Bulunduğu günden itibaren ne amaçla kullanılacağı devamlı tartışma konusu olmuştur.[5]

Einstein öncesi ve kuantal madde kavramından önceki yıllarda, atomcu ve süreksiz madde kavramının karşısına maddesel olmayan ışıma ve elektromanyetik alan kavramları çıkartıldı. Maddenin temeli kuantonlar ve fotonlar (ışık parçacıkları) olarak kabul edildi. 1930'lardan günümüze kadar geliştirilen yeni bir anlayışa göre de, her maddeye bir "anti madde" eşlik etmektedir. Maddenin bu simetrik maddesi ile ikili bir duruma gelmesi, çağdaş bilimde önemli tartışmalara neden olmuştur.[6]

Her parçacığın bir anti-parçacığı olması, anti-madde olasılığını da gündeme getirir. Normal madde proton, nötron ve elektronlar olduğuna göre anti-maddenin de anti-proton, anti-nötron ve pozitrondan oluşması beklenir. Gerçekten de anti-helyum çekirdeği gözlenmiştir. Normal maddenin olduğu yerde anti-maddenin kararsız olması beklenir; fakat yalıtılmış halde kararlı olur. Buna göre evrenin uzak köşelerinde yalnız anti-maddeden oluşmuş galaksiler olabilir. Ancak, şu ana kadar
gözlenememiştir.[7]

Aslında anti-madde denen şey, maddenin zıttı olarak değerlendirilmemelidir. Daha çok her parçacığın bir anti-maddesi vardır gibi düşünülmelidir. Eğer iki parçacık aynı kütledeyse fakat farklı yüklüyse birbirlerinin anti-maddesi olurlar. Örneğin elektronun anti-maddesi aynı kütlede ama artı yüklü olan pozitrondur. Bu çıkarımı sağlayan şey aslında E=mc2 denkleminin şöyle olmasıdır: E2M2C4. Bu denklemin karekökü alındığı zaman negatif enerji fikri saçma görüneceği için en başta pozitif kökü değerlendirilmiştir, ama eğer bu denklem E=-mc2 şeklinde alınırsa anti-parçacık fikrine kapı açar.[8]

Astronomlar, uzayda önemli derecede anti-madde yok olması ile ilgili herhangi bir kanıt göremezken; anti-madde, bazı radyoaktif elementlerin bozunmalarında ve dünyadaki yüksek enerji parçacık etkileşimleri sırasında üretilmiştir. Berkeley Üniversitesi'ndeki fizikçiler Emilio Segre ve Owen Chamberlain, Radyasron Laboratuarı'nda Bevatron hızlandırıcısında anti-protonları oluşturmuşlar ve bu çalışmaları ile 1959'da Nobel Fizik Ödülü'nü almışlardır.[3]

Amerika Astronomi Cemiyeti'nin son araştırmalarına göre fırtınaların üzerinde karşıt madde oluşmaktadır. Şans eseri Fermi uzay teleskopuyla gözlemlenen bulgu karşıt maddenin ilk kez doğal yolla oluşabileceğini ortaya çıkartmıştır.[9][4]

Parçacıklar hakkında ilginç olan, her birine karşı gelen bir anti parçacık olmasıdır. Anti parçacıklar gerçek parçacıklardır. Parçacık ve onun anti parçacığı arasındaki temel fark sadece yüklerinin ters işaretli olmasıdır. Anti-parçacığı aynadaki görüntü gibi düşünelim. Aynaya bakıldığında sağdaki ve soldaki görüntüler sadece aynadaki terslenmelerdir. Benzer olarak parçacık dünyasında da yük aynaya bakıldığında terslenendir. Anti parçacığın kütlesi, spini ve diğer bir çok özelliği de parçacık ile aynıdır.

Genelde bir anti parçacığın adı parçacığın önüne anti kelimesi gelmesi ile yazılır. Örneğin protonun anti parçacığı anti protondur. Bu kurala uymayan elektronun anti parçacığı olan pozitrondur. Anti-parçacık hakkında ilginç olan evrendeki her bir maddenin anti-parçacığı olmasıdır. Bu, her nedense bir gizemdir.[10]

Anti madde, "madde ötesi alem" yani bir başka deyişle "öteki dünya"; yani dinsel ritüelde "ahiret" olabilir. Ya da anti-madde aleminin bir bölümünü ya da tamamını "ahiret" denilen madde dışı alem – boyut teşkil edebilir.

Anti-madde veya parçacık normal parçacığın tam tersi enerji yüklüyse, bu terslik hali, kütle-çekim gücü için de geçerli olabilir. Gözlemler, anti-maddenin böyle bir ‘anti-çekim’ gücüne sahip olduğunu düşündürüyor. Eğer anti-atomların anti-çekim gücü varsa, o zaman mevcut yerçekimini yenecek kadar anti-atomu taşıyan, havada uçabilir.

Bedensiz varlıklar, belki de anti-maddeden oluşan ya da anti-madde taşıyan varlıklar, bu alemde/alemlerde – boyutta/boyutlarda böyle yerçekimsiz dolaşıyor olabilirler. Bu farklı çekim dünyaları bedensiz varlıkların maddi dünyaya ve maddeye bürünmüş insanlara, varlıklara ve eşyaya neden direk müdahale edemediğine açıklık getirmektedir.[11]

Madde ile anti-maddesi bir araya geldiğinde birbirlerini yok ederek enerji açığa çıkarırlar. Bu özelliklerinden dolayı doğal evrende bir arada bulunmazlar. Radyoaktif ve çarpışma olaylarında çok kısa süreli olarak ortaya çıktıkları için çok özel deney düzenekleri ile özellikleri keşfedilmeye çalışılıyor.[1]

Evrenimiz oluşumunu anlayabilmemiz için önemli noktalardan biri, "simetri" ve "anti madde" kavramıdır. Evrenin genişlediği gerçeğinden yola çıkarak
söyleyebiliyoruz ki, başlangıçta evrende hiç madde yoktu ve bugün 4 temel kuvvet olan kütle çekim kuvveti, elektromanyetik kuvvet, zayıf ve güçlü kuvvet bir aradaydılar. Noktasal teklikten gelen evrenimizde sıcaklık o derece yüksekti ki tüm maddeler bir kuark-madde halindeydi. Bu ilk aşamada kütle çekim, diğer kuvvetlerden ayrıldı. Daha sonraki soğuma evresinde ise diğer 3 kuvvet birbirinden ayrıldı. Böylece Higgs mekanizmasına benzer şekilde kendiliğinden gerçekleşen süreç simetri kırınımı olarak adlandırıldı.

Bu olguya göre evrende başlangıçta eşit miktarda "madde" ve "anti-madde" vardı.[12] Anti madde, maddeyi yok ettiği için kütle oluşamıyordu.[13] Evrenin soğumasıyla birlikte bu simetri de yavaş yavaş bozulmaya başladı.[12] Madde miktarı anti-maddeden fazla olduğu için maddeler kütleye sahip olabildi.[13] Elektronlar, protonlar, nötrinolar, anti nötrinolar ve fotonlardan oluşan başlangıç anı maddeleri, bu simetri kırınımıyla karşılıklı bir yok ediliş ve yaratılışa başladılar. Bu süreçle birlikte galaksiler, yıldızlar ve dünyamız meydana geldi.[12]

Anti-maddenin etrafını saran gizem şudur; evrenin ilk zamanlarında madde ve anti -madde miktarı neredeyse eşit peki o kadar anti madde nereye gitti? İşte evrendeki en büyük sırlardan birisi, "kötü ikiz"imiz anti-maddeye ne olduğudur.[14] Büyük Patlama'dan sonra evrenin yapımı için yeterli madde kalmıştı diyen astrofizikçiler, kaybolan anti-maddeye ait izlerin bugün sadece evrenin derinliklerinden gelen kozmik ışınlarda ve yeryüzündeki parçacık hızlandırıcılarında görülebileceğini hesaplamaktadır.[15]

Anti-kuarklar, kütle, spin gibi özellikleriyle kuarklarla özdeş olmakla beraber, elektrik, zayıf, vb. yükleri kuarkın tam tersidir. Sadece kuarkların değil, bütün parçacıkların karşıt parçacıkları vardır. Foton, herhangi bir yükü olmadığı için, anti parçacığı da kendisine eşittir. Madde ve anti-madde, bir araya gelirlerse, büyük miktarda enerji açığa çıkararak birbirlerini yok ederler. Büyük Patlama’nın ilk anlarında da Evren’de eşit miktarda bulunduğu düşünülen madde ve anti-madde bu şekilde birbirlerini yok ettiler. Ancak, bu yok oluşun ardından çok küçük bir madde fazlalığı kaldı. Evrende gördüğümüz tüm gökadalar, yıldızlar, gezegenler ve bizler, varlığımızı bu yok oluştaki küçük asimetriye borçluyuz.[16]



Güçlü nükleer kuvvette yük-ayna simetrisinin kırılması anlaşılabilmiş değildir. Bu nedenle evrende neden şu anda anti-madde olmadığının ya da varsa nerede olduğunun cevabı tam olarak verilmiş değildir.[17] Anti-maddenin var olduğu bir gerçekken evrenin neresinde oldukları, kuşkusuz bir soru işaretidir. Bir yerlerde, kâinatın bazı "ayna" bölgelerinde anti madde gizlenmiş ve anti-yıldızlar, anti-galaksiler, hatta anti-yaşam da var olmuş olabilir.[3]

Anti-maddenin varlığını gösterecek herhangi bir atoma Güneş sisteminde henüz rastlanmamıştır. Belki de Güneş'ten yayılan parçacıklar, bunları yok ediyordur. Fakat hiç kimse, bugüne dek böyle bir "yok etme" sonucu ortaya çıkacak olan radyasyonu belirleyememiştir.[18]

Anti-maddeyi belirleyebilmenin bir yolu, yıldız ve galaksilerin yaydıkları parçacıkları izlemektir. Yıldızlar da Güneş gibi çok büyük miktarlarda nötrinolar yaymaktadır. Nötrinolar, hiçbir engel tanımadan yollarına devam etmekte ve her saniye milyonlarca parçacık, Dünya'mızdan geçip gitmektedir. Anti-yıldızlar, yıldızlardan çok daha değişik anti-nötrinolar yayıyor olabilirler ve bizler, bunları inceleyerek anti-yıldızları tanımada önemli atılımlar yapabiliriz. Fakat yeteri kadar nötrino durdurmak için birkaç ışık yılı kalınlığında demir bir levha gerektiğini de hemen belirtelim... [18]

Bugün anti-madde, yeryüzündeki hızlandırıcılar dışında Evren’de doğal koşullar altında seyrek de olsa, ortaya çıkabilmektedirler. Samanyolu’nu ve muhtemelen tüm Evren’i doldurduğu düşünülen kozmik ışınların birbirleri ile yıldızlararası ortandaki toz ve gaz ile veya örneğin dünyamız atmosferi ile çarpışmaları sonucu veya yüksek enerjili gama ışınlarının madde ortamları ile çarpışmaları sonrası parçacık-anti-parçacık çiftlerine dönüşmeleri yoluyla ortaya çıkmaktadırlar. Ancak, kendi anti-çiftleri ile karşılaşarak kısa sürede yok olmaktadırlar. O nedenle kozmik ışınlar içinde anti-madde parçacıklarına hemen hemen hiç rastlanmamaktadır. Gözlenen çok az miktardaki kozmik anti-protonlar, kozmik ışınların (ki bunlar çoğunluğunu protonların ve az miktarda diğer atom çekirdeklerinin oluşturduğu yüksek enerjili parçacıklardır ve sahip oldukları yüksek enerjileri nasıl elde ettikleri kozmik fiziğin çözülmemiş problemleri arasındadır) diğer madde parçacıkları ile çarpışmaları sonucu beklenen miktar ile açıklanabilir düzeylerdedir.[19]

Yüksek miktarda anti-proton veya anti-hidrojen atomu elde edilmesi yolunun bulunması, uzay yolculuklarının yolunu açabilecek potansiyele de sahiptir. Madde/anti-madde yok olmasını yakıt olarak kullanacak roket motorlarının yüksek itkilere ulaşma potansiyelleri yanında, fazla miktarda enerjiyi küçük hacimlere depo edebilme olanakları, şimdilik imkansız bir rüya durumunda olan yıldızlar arası yolculukları bile gerçek haline getirebilir. 1 g hidrojen ile 1 g anti-hidrojen’un birleşerek yok olmaları, E=mc2 formülü uyarınca, başka hiçbir kaynakla elde edilemeyecek miktarda enerjiyi serbest bırakmaktadır: E= (218-3kg)(3188m/s)2 = 21814 J (joule). 2010’da yaklaşık 500 milyar kilowatt-saat (=21818 J olarak hesaplanan tüm dünyanın enerji üretimi, 25kg’dan az anti-madde ile sağlanabilir. Tüm Türkiye’nin 1 yıllık enerji gereksinimi için ise (bunu 15 milyar kWh olduğu var sayılırsa) 100g’dan az anti-hidrojen yeterli olacaktır! Ancak henüz bu miktarlarda anti-madde elde etmenin ve bunu muhafaza etmenin pratik yollarını bilmiyoruz.[20]

Kaynaklar

[1] "Fizik" (ders kitabı), Ünite II, , Palm Yayınevi, s. 53.
[2] http://www.bademci.com/pdf/fen_14.pdf
[3] Gülcihan Utaş - Gökhan Atmaca, "Anti-madde Doğası Üzerine", Net Bilim Dergisi, Nisan 2012, sayı:13, s. 27-28.
[4] http://tr.wikipedia.org/wiki/Antimadde
[5] http://www.bilgiustam.com/karsi-madde-ya-da-anti-madde-nedir/
[6] Prof. Dr. Mustafa Ergün, "Varlık Felsefesi", http://www.egitim.aku.edu.tr/varlikfelsefesi.pdf
[7] http://www.bilimfeneri.gen.tr/kitaplik/pdf/yuksek_enerji_fizigi.pdf
[8] Cem Güney Torun, "Bilim Tarihi Işığında Görelilik Teorileri, Kuantum Mekaniği ve Her Şeyin Teorisi" (makale), Ocak 2013.
[9] http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-12158718
[10] Cansu Başak Özdemir, "Higs Parçacığı (Tanrı Parçacığı)" (lisans tezi), Gazi Eğitim Üniversitesi, Fizik Eğitimi Anabilim Dalı, s. 9-10.
[11] Bülent Pakman, "Anti-madde", http://bpakman.wordpress.com/dininanc/evrenolusumu/antimadde/
[12] http://mcaenerjiyazilim.files.wordpress.com/2012/02/cern-bc3b6lc3bcm.pdf
[13] http://www.uralakbulut.com.tr/wp-content/uploads/2013/01/2012_yili_onemli_buluslar.pdf
[14] http://hayatpencerem.wordpress.com/2013/08/11/anti-madde/
[15] http://arsiv.indigodergisi.com/arsiv/nesrin28.htm
[16] Altuğ Özpineci (ODTÜ Fizik Bölümü), "Standart Model ve Ötesi", Bilim ve Teknik Dergisi (ek), Nisan 2007, s. 5, 8.
[17] http://web.itu.edu.tr/~kcankocak/docs/CP-violation-bilim-utopya-KC-2.pdf
[18] Peter Kalmus, "Anti-madde Yapımı Gerçekleşecek Mi?", http://www.zamandayolculuk.com/cetinbal/PDFdosya/AntiMaddeYapimi.pdf
[19] http://www.populerbilim.com.tr/arsiv/1109/a00.htm
[20] http://www.bilimania.com/yazarlar/3411-guendemimiz-anti-madde-ii





Bu sayfa hakkındaki yorumlar:
Yorumu gönderen: Mehmet, 08.04.2015, 20:47 (UTC):
Bu bilgiler insan hayatını tamamiyle değiştirecek nitelikte.Yazı için çok teşekkürler bana çok katkısı oldu.



Bu sayfa hakkında yorum ekle:
İsmin:
Mesajınız:
 
 
19 Ağustos 2007 itibariyle, toplam: 36724980 ziyaretçi (102794717 klik) tarafından görüntülenmiştir. Online ziyaretçi rekorumuz, 4626 kişi. (5 Eylül 2010)
 
 

gizli

Bu site, en iyi Firefox ve Google Chrome tarayıcılarında ve 1024 x 768 ekran çözünürlüğünde görüntülenir.