CERN'DE NE BULUNDU?
CERN'deki ATLAS deneyinin Türkiye Koordinatörü ve Doğuş Üniversitesi Fizik Bölümü Başkanı Kadıköylü Prof. Dr. Serkant Ali Çetin, Cern’de neler oluyor, Tanrı parçacığı (Higgs) nedir? Ve daha birçok soruyu, Kadıköylüler için yanıtladı.
MUSTAFA SÜRMELİ
4 Temmuz 2012 Çarşamba günü saat 10.00’da İsviçre/Cenevre'deki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) Laboratuarı'ndan tüm dünyanın merakla beklediği bir açıklama yapılarak, “Higgs” veya Tanrı parçacığı adı verilen yeni bir parçacığın keşfi duyuruldu. Peki, bu keşifler nasıl yapılıyor ve ne anlama geliyor. İşte tüm bu soruları, CERN'deki ATLAS deneyinin Türkiye Koordinatörü ve Doğuş Üniversitesi Fizik Bölümü Başkanı Kadıköylü Prof. Dr. Serkant Ali Çetin'e sorduk. Çetin 1997'den beri CERN'deki çalışmalara katılan en genç profesörlerden. Hem yüksek lisans hem de doktora çalışmalarını CERN'deki ATLAS deneyi hakkında yaptı. Hatta Türkiye'den bu deneyde doktorasını tamamlayan ilk kişi. Boğaziçi Üniversitesinde lisansüstü çalışmalarını yıllar önce uçak kazasında kaybettiğimiz Prof. Dr. Engin Arık danışmanlığında sürdürdü. Konu; Cern, Atlas deneyi ve büyük keşif olunca tabiî ki Prof. Dr. Çetin ile görüşmek gerekiyordu ve Gazete Kadıköy olarak bunu başardık. İsviçre-Cern ve Türkiye arasında deney sürecinde yoğun tempoyla adeta mekik dokuyan Çetin, ''Cern'de ne bulundu'' başta olmak üzere tüm sorularımızı, detaylı olarak için yanıtladı:
Serkant Hocam, Cern’de Neler Oluyor?
Önce CERN gibi bir laboratuarda neler yapıldığını kabaca canlandıralım kafamızda. Bunu yapabilmek için gelin hepimizin neden oluştuğunu hatırlayalım. Hepimiz, etrafımızda sıradan madde olarak nitelendirebileceğimiz herşey gibi atomlardan oluşuyoruz. Peki, tek çeşit atom mu var? Hayır, birçok çeşit atom var. Atom nedir, içi bilinmeyen kara kutu mu? Eğer öyleyse maddenin en küçük birimi mi, yani en temel yapıtaşı mı? Hayır, en temel yapıtaşı atom değil, onun da bir içyapısı var. Atomun çekirdeği var, çekirdeğinin etrafında ise elektronlar. Atomun çekirdeğinin etrafında dolanan bu elektronların ise bildiğimiz kadarıyla içyapısı yok; işte bu durumda elektronlar için "temel parçacık" tabiri kullanılıyor, yani içinde başka bir yapı barındırmıyor. Atomun çekirdeği ise proton ve nötronlardan oluşuyor. Farklı sayılarda proton ve nötronlardan farklı atom çekirdekleri oluşmakta. Ancak proton ve nötronlar elektron gibi iç yapısı olmayan parçacıklar değil, onların da içlerinde kuarklar var. İş iyice karmaşıklaştı değil mi? Atom en temel yapıtaşı olsa ne kadar basit olacaktı herşey... Proton ve nötronları oluşturan bu kuarklara değinelim biraz: her birinin içinde 3 adet kuark var, bu kuarklar 2 farklı çeşitte: u-kuark ve d-kuark. 2 adet u-kuark ve 1 adet d-kuark ile proton oluşuyor, bunun tam tersi yani 1 adet u-kuark ve 2 adet d-kuark ise nötronu oluşturuyor. Kuarklar ise, yine bildiğimiz kadarıyla iç yapısı olmayan, yani temel parçacıklar. Evet, sonunda atomun içindekileri kabaca sıralamayı bitirdik.
Atomdaki temel parçacıklardan bahseder misiniz?
Aslında buraya kadar sıraladıklarım modern fiziğin ışığında genel kültür olarak hepimizin alışması gereken detaylar; hatta biraz daha fazlasından da bahsetmek mümkün ama şimdilik burada duralım. Duralım ve bir durum değerlendirmesi yapalım. Aslında bütün atomlar, sonuç olarak, farklı sayılarda kuark ve elektronlardan yapılmış. Başka bir deyişle bakkala gidip cebimizdeki paranın yettiği kadar kuark ve elektron satın alsak çeşitli kurallar çerçevesinde istediğimiz atomu yapabiliriz: Her şey 3 çeşit temel parçacıkla mümkün görünüyor (elektron, u-kuark ve d-kuark). Ancak bu gibi temel parçacıklardan 3 değil 12 çeşit var!!! Geriye kalan 9 çeşit temel parçacık ise atomu oluşturmuyor, kulağa ne kadar gereksiz geliyorlar değil mi? Ama varlar ve tek başlarına ya da kendi aralarında birleşerek yeni tip parçacıklar halinde evrende varlıklarını sürdürüyorlar. Bir de bu 12 parçacıktan daha fazlası da olabilir, sadece henüz gözlemlemedik; bu parçacıkların karşı parçacıklarına değinmiyorum bile.
İnsanoğlu Cern’de evrenin yapıtaşlarını keşfetmeye ok mu yaklaştı?
Bu temel parçacıklara evrenin yapıtaşları diyebiliriz, aynı bir binayı oluşturan tuğlalar gibi. Ama unutmayalım, tuğlaları birarada tutan harç gibi evrenin yapıtaşlarının da birbirleriyle etkileşmesini sağlayan çeşitli kuvvetler ve bu etkileşmeleri mümkün kılan başka aracı parçacıklar var. Yani gerçekten de evreni bir inşaat olarak gördüğümüzde, bu inşaatın yapıtaşları olarak "temel parçacıkları", yapıtaşlarının birbirine tutunmasını sağlayan harç olarak da parçacık etkileşmelerini (kuvvetleri) mümkün kılan aracı parçacıkları düşünebiliriz.
Buraya kadar anlattıklarıma bakacak olursak sanki herşeyi anlamış, biliyormuşuz gibi görünüyor ama öyle değil. Aslında her yeni öğrendiğimiz şeyle bilmediğimiz, bazen de bilmediğimizi fark etmemiş olduğumuz yeni şeyler fark ediyoruz. Bilmediklerimizden biri ise parçacıkların nasıl kütleli oldukları. Evet, bildiğimiz (bildiğimizi sandığımız) kütleyi nasıl kazanıyor parçacıklar? İşte bunu açıklamaya yönelik bir kuram yaklaşık 40 sene önce öne sürüldü, bu kuramın doğru olması durumunda da yeni bir tip parçacık "Higgs parçacığı"nın var olması gerek, ancak on yıllardır aranmasına rağmen bulunamadı bu parçacık, çünkü kuram kütlesinin kaç olacağını öngöremiyor. Haliyle biz deneyciler de çeşitli kütlelerde arıyoruz bu parçacığı... Düşünsenize evrenin tuğlasını ve harcını ayrıştırabiliyorsunuz ama bunların kütlesini açıklayamıyorsunuz...
Higgs parçacığı nasıl keşfedildi, anlatır mısınız?
Bu keşif CERN'de yer alan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı üzerinde yer alan iki büyük algıçta yani ATLAS (http://cern.ch/atlas) ve CMS (http://cern.ch/cms) algıçlarında yapıldı. Her iki algıç da binlerce kişiden oluşan büyük kolaborasyonlar tarafından 15-20 senelik işbirlikleri sonunda inşa edildi. ATLAS kolaborasyonu ve CMS kolaborasyonu algıçlarında toplanan veriler analiz edildi. Peki ama hangi veriler, nasıl bir deney yapılıyor? Büyük Hadron Çarpıştırıcısı dediğimiz yapı, yerin ~100 metre altında 27 kilometrelik dairesel bir tünelde karşılıklı olarak protonların hızlandırıldığı sonra da algıçların tam merkezinde kafa kafaya çarpıştıkları devasa bir alet. Bu protonları çarpıştırınca bazen içindeki temel parçacıklar etkileşip yeni parçacıklar oluşturuyorlar. Protonlar ne kadar yüksek enerjilerde çarpışırlarsa bizim de o oranda yüksek kütleli yeni parçacıklar keşfetmemiz mümkün oluyor. Çarpışan parçacıkların yüksek enerjilere sahip olmalarının gerekliliği işte bu. Hatta bu sebepten bizim alanımızın adı ‘Yüksek Enerji Fiziği’ olarak geçer. Ama biz fotoğraf çeker gibi oluşan bu yeni parçacıkları görüntüleyemiyoruz. Çünkü bu parçacıklar da neredeyse aynı anda başka parçacıklara bozunuyorlar. İş karışıklaşıyor değil mi, doğa sırlarını kolay kolay belli etmiyor bize. Ama biz de elimizdeki her türlü bilgiyi birleştirip, bozundukları diğer parçacıkların izlerini sürüp, hafiyelik yapıp çarpışmadan hemen sonra nasıl bir yeni parçacık oluşmuş olabilir diye inanılmaz zorlu çözümlemeler yapıyoruz; samanlıkta iğne arıyoruz yani. Bunun için devasa algıçlar inşaa etmemiz gerekiyor.
Bulunan parçacığa gelince: Higgs parçacığının özelliklerini taşıyor ve yaklaşık 130 proton kütlesine eş bir kütlede kendini belli etti. Keşif diyebilmek için ise çözümlemelerimizden çok emin olmamız gerekiyor; mevcut çözümlemelerimizin hata payı ise 3 milyonda 1. Yeni ve oldukça ağır bir parçacık keşfettiğimiz kesin. Bu yeni parçacığın bozunduğu parçacıklar itibarıyla aradığımız Higgs parçacığı olması çok kuvvetli bir ihtimal, ama adını tam koyabilmemiz için başka bozunma kanallarını da incelemeli ve özelliklerinin tamamından emin olmalıyız. Ayrıca bu Higgs parçacığı farklı kuramlarda daha fazla sayıda var olabiliyor, öyle olup olmadığını da anlamak için daha fazla veri gerekecek, bu veri ise bu senenin sonuna kadar toplanmış olacak. Sonuç olarak kütlenin nasıl edinildiğine yönelik hiçbir zaman edinmediğimiz kadar çok bilgiye sahibiz ve sır perdesini araladık. Kısa süre sonra bu parçacığın başka özelliklerini de öğrenmiş olacak ve evreni kavrayışımızla ilgili çok büyük bir eksiğimizi daha kapatmış olacağız.
Tüm bu buluşlar ne işe yarayacak?
Bu buluş gündelik hayatta ne işimize yarayacak? Temel bilimlerle uğraşanların bu gibi sorulara cevapları genelde pek tatmin edici olmaz. Bunu tüm samimiyetimle söylüyorum, çünkü cevap genellikle 'bilmiyoruz'dur. Bu keşfin de günlük hayatımıza yansıması belki 20 belki 50 yılı bulur. Biz evren hakkında çok temel bir bilgi elde ediyoruz, onun ne işe yarayacağı genellikle uygulamalı bilimciler ve mühendisler tarafından zaman içinde bulunuyor. CERN'de çalışan sevgili meslektaşım Dr. Gökhan Ünel bu durumu şu ifadesiyle çok güzel özetlemişti bir gazete röportajında: Mühendisler biri bin yapar, bizler (temel bilimciler) ise sıfırı bir. İşte bilgi üretmek bu.
Türkiye neden Cern’e üye olmalı?
Şimdi bu çalışmaların bir başka yönünü hatırlatmak isterim sizlere. Evet, bulunan bilgi evreni kavrayışımız açısından çok ama çok önemli ve şu anda günlük hayatımızda ne işe yarayacağını bilmiyoruz ama şimdiden büyük faydaları dokundu bile. Nasıl mı? Bu deneyleri hazırlarken inanılmaz hassasiyette ve dayanıklılıkta parçacık algıçları üretmemiz gerekiyor, geliştirdiğimiz bu teknolojiler hastanelerde kullanılan tomografi gibi görüntüleme cihazlarının temelini oluşturuyor, uzay araştırmalarında gözümüz kulağımız oluyor, güvenlik sistemlerinde kullanılıyor... Yine bu deneylerde parçacıkları çarpıştırmak için kullandığımız hızlandırıcılar ile radyoterapi gibi önemli tedavi yöntemleri geliştiriliyor, malzeme araştırmaları yapılıyor, nanoteknoloji ilerliyor, arkeolojik incelemeler hasarsız olarak yapılıyor, tıpta kullanılan izotoplar üretiliyor... Kurduğumuz algıç ve hızlandırıcı sistemlerini kontrol etmek ve veriyi toplamak için geliştirdiğimiz yazılım ve donanımlar yeni iletişim teknolojilerinin doğmasını, daha hızlı bilgisayarların üretilmesini sağlıyor... Daha sayamadığım nice gelişmeler zaten biz bu deneyleri hazırlarken hayatımıza büyük etkiler yapmakta. İşte bu sebepten kullandığımız aletleri üretmek için firmalar kuyruğa giriyor, bizlerle çalıştıklarında yaptıkları ar-ge (araştırma-geliştirme) yatırımının onlara ilerde ne kadar çok endürstriyel ürün geliştirme imkanı sağlayacağını bildikleri için; tabii bizim firmalarımız buna dahil olamıyor çünkü Türkiye CERN üyesi değil henüz! Umarım biz de ülke olarak ancak bilgi üreten toplum olduğumuzda gerçek özgürlüğe sahip olabileceğimizi en kısa sürede idrak ederiz. Üniversitelerimiz ve araştırma merkezlerimiz (umarım yakında olur) temel bilim araştırmalarını ve onların etrafında gelişen mühendislik ve uygulamalı bilimleri destekleyen bir yapıya kavuşmaz ise bunu sağlayamayız.
Üniversitede çalışmalar ne durumda?
Doğuş Üniversitesi Fizik Bölümü'nde parçacık fiziği deneylerinde çalışan bir ekibimiz var; CERN dışında Çin'de dahi deneylere katılıyor ve ayrıca ülkemizde de bir hızlandırıcı merkezine sahip olmak için çalışmalarda bulunuyoruz. Ama bunu sadece fizikçiler olarak yapmıyoruz. Kontrol Mühendisliği Bölümünden uzmanlarımız Türk Hızlandırıcı Merkezi projesinde çalışıyor, Bilgisayar Mühendisliğindeki doktora öğrencimiz CERN ATLAS deneyindeki veri akış sistemlerinin yükseltilmesi üzerine çalışmaya başlıyor, başarılı son sınıf mühendislik öğrencilerimizin CERN'de staj yapmasını sağlıyoruz. Bu tür disiplinler arası işbirliği çok önemli ve hayatımıza yansıyacak gelişmeler buralarda yeşeriyor. Bu bakışa sahip kurumlarımızın sayısının artması şart. Sıfırdan biri üretenler arasında olmazsak biri bin yapma çabalarımız uzun soluklu olmaz, sıfırı bir yapanlar arasında olduğumuzda ise biri bin yapanlarımız kendiliğinden daha da çoğalarak yaygınlaşır ve kalkınmamızı sağlar.