Karşı Madde
 
karşı-madde, antimatter

Karşı Madde

Hazırlayan: Akhenaton

Kategori: Kuantum Fiziği

Günümüz fiziğinin çözmeye çalıştığı gizemlerden birisi nasıl var olduğumuzdur? Diğer bir deyişle, hepimizi oluşturan madde neden var? Hepimize çok doğalmış gibi gelen bu durumu açıklamak aslında göründüğü kadar kolay değil. Çünkü başlangıçta madde yoktu. İçinde yaşadığımız evren 13.7 milyar yıl önce başladığında sadece enerji vardı. Bu enerji hemen atom-altı parçacıklar yarattı, ama bu maddeyi açıklamaya yetmiyor. Madde oluşabilmesi için atomların ortaya çıkması gereklidir. Atom altı madde parçacıkları evrenin ortaya çıkışıyla birlikte, neredeyse anında yaratıldılar.

Einstein’in enerji eşittir kütle (E=mc²) denkleminde enerjinin kütleye dönüşümü çok güzel ifade edilir. Buraya kadar sorun yok. Fakat, Büyük Patlamadan hemen sonra madde parçacıklarıyla birlikte, aynı zamanda karşı-madde parçacıkları da ortaya çıktı. Başlangıçta madde ve karşı-madde parçacıkları eşit sayıdaydılar ve bunlar birbirlerini yok ederek radyasyona dönüşüyorlardı. Fakat günümüzde evrende sadece atomlar olduğuna göre, zamanda bir noktada, madde parçacıklarının karşı-madde parçacıklarından biraz daha fazlalaşmış olması gerekmektedir. Yapılan hassas gözlemler, bu noktanın evrenin başlangıcından hemen sonraki ilk nano-saniyelerde olduğuna işaret etmektedir.[1]

Dört temel doğa kuvvetinden atom altı ölçeklerde etkileşen üçünü (şiddetli çekirdek kuvveti = atom çekirdeklerini oluşturan parçacıkları bir arada tutan kuvvet; zayıf çekirdek kuvveti = ağır ve kararsız parçacıkların bozunarak kimlik değiştirmesine yol açan kuvvet ve elektromanyetik kuvvet = atom çekirdekleriyle çevrelerinde dolanan elektronlar arasında etkiyerek atomları ve molekülleri bir arada tutan kuvvet) açıklayan Standart Model’e göre, bilinen tüm parçacıkların, aynı kütlede fakat ters elektrik yükü taşıyan bir karşıtı vardır (ayna görüntüsü gibi).

İşte bunlara "karşı madde" ya da "anti madde" diyoruz. Örneğin, - yüklü elektronun anti madde karşılığı, + yüklü pozitron; + yüklü protonun anti madde karşılığı, -yüklü anti proton vb. Maddeyle anti madde, yani bir parçacıkla kendi anti maddesi bir araya geldiğinde birbirlerini yok ederek enerji açığa çıkarırlar. 13,7 milyar yıl önce evreni ortaya çıkaran Büyük Patlama’da eşit miktarlarda ortaya çıkan maddeyle anti madde birbirlerini yok ederken kimi kuantum mekaniksel özellikler nedeniyle toplam maddenin çok küçük bir bölümü yok olmaktan kurtulmuş ve evrende görebildiğimiz her şey (yıldızlar, gökadalar, gezegenler ve üzerlerindeki canlılar) bu küçük madde fazlalığının birer ürünüdür.[2]

Karşıt madde, maddenin zıttı, maddenin zıt iyonlara yüklenmiş halidir. Karşıt madde teorisini ortaya koyan Paul Dirac adlı genç bir fizikçi, her parçacığın kendisiyle birebir aynı fakat yükü zıt olan bir karşıt parçacığı olacağını açıklamıştı. Böylece, karşıt maddeden oluşan tamamen yeni bir evrenin varlığını kurgulamıştı. Ekim 1955’de karşıt protonun keşfiyle Segre ve Chamberlain 1959 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler.

1954’te Avrupalı fizikçiler Cenevre’de merkezi bir laboratuar kurmaya karar verdiler ve böylece CERN kurulmuş oldu. Bu tarihten sonra CERN yüksek enerji fiziğindeki teknik ve bilimsel gelişmelerde başrolü oynamaya başladı. 1995’in sonlarına doğru bu şekildeki ilk karşıt atomlar Alman ve İtalyan fizikçilerden oluşan birtakım tarafından CERN’de elde edildi.[3]

Madde ve karşı madde teoride aynı zamanda ve aynı olaylar tarafından yaratılır. Ağır tanecikli atom yaratıldığında aynı kütlenin karşı atomu da yaratılır. Fakat dünya üstünde bir laboratuarda biz bir karşı atom yarattığımızda, onu kainatta çevremizde bir yerde göremiyoruz. Kimse yaratılan bu karşı atomların nerde olduğunu ya da nerde olması gerektiğini bilmiyor.[4] Güçlü çekirdek kuvvetinde yük-ayna simetrisinin kırılması anlaşılabilmiş değil. Bu yüzden de evrende neden karşı-madde olmadığının cevabı tam olarak verilmiş değildir.[5]

Madde ve karşı-madde birbirleriyle karşılaşınca madde enerjiye dönüşür.[6] Öte yandan karşı-maddeyi ancak çok kısa sürelerde, saniyenin milyonda biri kadar bir arada tutmak olanaklıdır. Çünkü hemen maddeyle etkileşime girip yok olmaktadır.[7]

Madde ve karşı madde karşılaştığında birbirlerini yok eder ve radyasyona dönüşür: Örneğin bir elektron ve bir pozitron karşılaşınca birbirlerini yok edip ışığa (foton) dönüşürler. Bu yüzden de evrendeki atomlarda elektronlar (ve protonlar) vardır pozitronlar (ve karşı-protonlar) değil.[7]

Richard Feynman, karşı-maddeyi maddenin zamanda ters ilerleyen ikizi olarak yorumlar. Parçacık fiziği diyagramlarında karşı-maddenin zaman oku ters yöne çizilir. Fizikçilere hesaplama kolaylığı getirdiğinden olsa gerek, bu yorum çabuk benimsenmiştir. Oysa zamanın okunu ters çizmek kolay; fakat anlaması zordur.

Karşı-madde, maddenin zıt elektrik yükü taşıyan ikizidir. Yukarıda bahsettiğimiz gibi eksi yüklü elektronun karşı-maddesi, onunla aynı kütleye sahip olan fakat artı yük taşıyan ters ikizi yani, pozitron. Elektron ve pozitron örneği özel çünkü elektronun karşı-maddesinin kendi ismi var. Pozitronlarla, sağlık alanında özellikle onkolojide tümörlerin tanısında kullanılan PET yani pozitron emisyon tomografisi sayesinde bir tanışıklığımız var. Diğer parçacıkların karşı-madde ikizlerinin isimleriyse karşı kelimesiyle birleştirilerek veriliyor.

Örneğin protonun karşı-maddesi, karşı-protondur. Artı yüklü protonla aynı kütleye sahip olan karşı-proton ise eksi yüklüdür. En basit karşı-atom ise bir karşı-hidrojen atomu: bir karşı-protonun yörüngesinde dönen bir pozitrondan ibârettir. Diğer tüm elementlerin de karşı-maddesi olduğunu düşünerek hayalinizde karşı-maddeden yapılmış bir dünya hatta evren kurmak serbesttir.[8]

Maddeyi oluşturan atomlar, atom çekirdeği ve etrafındaki elektronlardan oluşur. Çekirdekteyse proton ve nötronlar vardır. En basit atom olan hidrojen atomuna bakarsak, merkezde artı elektrik yüklü bir proton ve etrafında da eksi elektrik yüklü bir elektrondan meydana gelir. Karşı hidrojen atomunun tanımı ise, merkezde eksi yüklü bir karşı-proton ve etrafında artı elektrik yüklü bir elektrondan (pozitron) ibârettir. Fakat doğada karşı-atomlar kendiliğinden oluşmaz. 13.7 milyar yıl önce Büyük Patlamadan hemen sonra madde/karşı-madde simetrisi bozulmuş ve evren “maddeden” yana seçimini kullanmıştır. Kendiliğinden simetri kırılması dediğimiz bu olaydan sonra evrende oluşan atomlar yukarda anlatılan kombinasyonlardan meydana gelmektedir.[7]

Evrendeki büyük yapıların (gökadalar ve gökada kümeleri) hareketleriyle ve evrenin yapısıyla ilgili olarak yapılan duyarlı gözlemler, Standart Model’de listelenen parçacıkların dışında ve toplam maddenin 5 katı kütlede, daha, gözlenememiş ve nitelikleri bilinemeyen bir dizi parçacık olduğunu gösteriyor ki, bunlar "karanlık madde" olarak adlandırılıyor. karşı maddeyle karanlık maddeyi aynı şeymiş gibi düşünmek sık yapılan bir yanlış olduğu için bu farkı iyi anlamak gerekir.[2]

Nükleer reaksiyonlarda bile verim %1.5 iken, karşı maddeden 0 verimle enerji elde edilebilir. Çevre kirliliği ya da radyasyon gibi kötü etkileri olmamakla birlikte, bir küçük karşı madde damlası koskocaman bir şehri tüm gün aydınlatabilecek enerjiye sahiptir. Bir gramının havayla temas etmesi sonucunda oluşan reaksiyondan Hiroşima’ya atılan bombaya eşdeğer enerji açığa çıkar.[3]

Özetle karşı madde, bilinen madde parçacıklarının ters elektrik yükü taşıyan karşıtları; "karanlık madde" ise daha varlıkları deney ya da gözlemlerle belirlenememiş, ancak yaptıkları kütle çekim etkisiyle varlıklarını dolaylı yoldan gösteren madde olarak tanımlanabilir. Anti madde, yukarıda açıklanan özelliği (maddeyle anti maddenin bir araya geldiklerinde birbirlerini yok etmeleri) nedeniyle görünen evrende doğal olarak bulunmuyor (yine de kimi kuramcılar evrenin kıyısında bucağında varlığını koruyabilmiş anti madde adacıkları bulunabileceği spekülasyonunu yapıyorlar).

Fakat yüksek enerjili çarpışma deneylerinde ya da madde parçacıklarının doğal bozunma sürecinde ortaya çıkıp saniyenin çok küçük kesirlerinde var olabiliyorlar. Bilim insanları çok özel deney şartlarında ve milyarlarca dolar değerinde parçacık detektörleri ve süper iletken mıknatıslar kullanarak bunları yok olmadan tuzaklayıp koruyabiliyor ve bunlarla yüksek enerjili çarpışma deneyleri gerçekleştiriyorlar.[2]

Kaynaklar

[1] web.itu.edu.tr/kcankocak/docs/lhcb-CP-simetrisi-kerem-cankocak.pdf
[2] Raşit Gürdilek, "Anti Madde Nedir? Böyle Bir Madde Mevcut mu?" , Bilim ve Teknik Dergisi.
[3] Doç. Dr. Sait Yılmaz, "Evren’in Geleceği, Cern ve Türkiye" (makale).
[4] halilagic.weebly.com/uploads/3/0/2/1/30218753/kainatn_10_gizemi.pdf
[5] Kerem Cankoçak, "Higgs Tamam Yola Devam" (makale).
[6] Öğr. Gör. Dr. Ahmet Bingül, "Yeni Fiziğe Doğru" , 16 Kasım 2007.
[7] Kerem Cankoçak, "CERN’deki Son Gelişmeler: Karşı-hidrojen Atomu ve Ağır İyon Çarpışmaları" (makale).
[8] Melahat Bilge Demirköz, "Karşı-madde" , Bilim ve Teknik, Haziran 2010, s.32. -35.





Bu sayfa hakkındaki yorumlar:
Yorumu gönderen: Mehmed, 06.10.2015, 23:17 (UTC):
İlk ışınım ilk madde fizikte her etki bir tepki oluşturur. Evren yokken zamanda olmayacağına göre ve bizde zamana tabiî olduğumuz için bunu anlamak... ama ilk madde nedir tek bir cevap kaliyor



Bu sayfa hakkında yorum ekle:
İsmin:
Mesajınız:
 
 
19 Ağustos 2007 itibariyle, toplam: 36630386 ziyaretçi (102629024 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.