Eğitim Tercihi

Hürriyet Gazetesi Yazarı İsmet Berkan ve Taha AKyol'un bugünkü yazısı.

İnsanoğlunun doğayı anlama çabasında bir büyük zafer günü

Bizler merak eden canlılarız. Etrafımızı merak ediyoruz, kendi kendimize zor sorular soruyoruz: Neden buradayız, nasıl geldik, gibi...

Zor sorulardan biri de ‘Evren nasıl ortaya çıktı’ sorusu. Bu, görece yeni bir soru. Bundan 100 yıldan bile az zaman öncesine kadar evrenin sonsuzluktan gelip sonsuzluğa gittiğini düşünürdük.

Ama insanoğlunun merakı bu düşünceyi de sorguladı ve sonuna kadar kurcaladı. Bugün, evrenin bir başlangıcı olduğunu biliyoruz. En azından bildiğimiz evren, bir ‘Büyük Patlama’ ile başladı.

Öyle başladı ama neden patladı? Patlayan neydi? Nasıl patladı?

Bu temel soruların cevaplarını bilmiyoruz; en azından bilmediğimizi biliyoruz.

Ne var ki, ‘Neden’ ve ‘Nasıl’ın cevabını bilmiyor olmak bizi durdurmadı. O patlama anını bir ‘tekillik’ olarak gördük; elimizdeki fizik kurallarının o ‘an’a uygulanamayacağına karar verdik ve o ‘an’ın çok kısa süre sonrasına, mesela saniyenin milyonda biri kadar sonrasına odaklandık.

***

Acaba patlamayla birlikte ortalığa saçılan enerji yüklü parçacıklar ne olmuş ve nasıl olmuştu da atom haline gelmişti?

Bu soruya cevabımız var. Onun adı Standart Model. 60 yıldır dünyanın dört bir yanında binlerce fizikçi modeli oluşturdu ve geliştirdi.

Ama modelin bir eksik parçası vardı. Parçacıkların enerjiden kütleye nasıl dönüştüğünün mekanizması bir türlü tam oturmuyordu. 1964 yılında üç ayrı grup halinde ama altı fizikçi aşağı yukarı aynı dönemde aynı teoriyle ortaya çıktılar. Bu fizikçiler, yani François Englert ve Robert Brout; Peter Higgs; Gerald Guralnik, C. R. Hagen, ve Tom Kibble’dan bugün sadece Peter Higgs’in adını biliyor olmamız, önerilen parçacığa ‘Higgs bozonu’ deniyor olması bilim dünyasındaki adaletsizliklerin öyküsü.

Her neyse, konuyu dağıtmadan devam edelim: Bu fizikçiler, parçacıklara, hiç değilse bazı parçacıklara kütle kazandıran bir mekanizmanın matematiğini yazdılar.

Bugün, zaman zaman ‘Tanrı Parçacığı’ olarak da anılan ‘Higgs Bozonu’ veya ‘Higgs Alanı’ işte bu matematiğin bir sonucu.

Parçacıklar bu ‘alan’ın içinden geçerken kütle kazanıyordu. Bu mekanizmaya da ‘Higgs mekanizması’ deniyor.

Ancak, matematiğin, saf teorinin bir şeyi öngörmesi başka, onun kanıtlanması başka.

En meşhur örnek, Einstein. Onun yüzyıldan da fazla zaman önce teorik olarak, salt matematikle öngördüğü hemen hemen her şey daha sonra deneysel yöntemlerle kanıtlandı. Buna kütle çekim kuvvetinin ışığı bükmesi de dahil, maddenin enerjiye dönüşmesi, yani atom bombası da dahil.

İşte dün Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi CERN’de izlediğimiz sunum da, taa 48 yıl önce teorisi yapılmış,

28 yıl önce nasıl bir deneyle kanıtlanacağı yazılmış olan Higgs bozonunun veya bozona adını veren Peter Higgs’in nefret ettiği ismiyle ‘Tanrı Parçacığı’nın varlığı deneysel yöntemle de kanıtlandı.

Yani artık, kütlenin nasıl oluştuğunu kesin biçimde biliyoruz. Kütle dediğiniz de bizleriz, dünyamız, etrafımızdaki her şey, evrende görebildiğimiz her şey.

Doğanın bir Higgs mekanizması olmasaydı bunların hiçbiri, hiçbirimiz olmazdık.

İnsanoğlunun sonsuz merakı bir zafer daha kazandı, doğayı biraz daha fazla anlıyoruz artık. Bu da az buz bir şey değil.

Higgs’i bulmak neden bu kadar zor ve uzun oldu?

ASLINDA ‘parçacık’ kelimesi insanda doğal olarak elle tutulur bir şey izlenimi bırakıyor. Oysa, güneşin bizi ısıtmasını, aydınlatmasını sağlayan fotonlar da ‘parçacık’ ama elle tutulabilir, kütlesi olan bir şey değiller.

Parçacık dendiğinde gözde bir şey canlandırmak zor. Higgs denince daha da zor. Çünkü Higgs aslında artık eskisi kadar var olmayan, varlığına çok ihtiyaç duyulmayan bir şey. Üstelik, elle tutulur bir şey olma anlamında ‘parçacık’ da değil. Belki bir enerji alanı.

Ve öyle bir alan ki, kütle kazanmaya çalışan parçacıklarla ilişkiye girdiği anda yok oluyor. Kendi varlığını bir anlamda o parçacığa kütle olarak hediye ediyor.

Ayrıca, az önce söylediğim şey var: Higgs’e bugün doğada eskisi kadar çok ihtiyaç yok.

İşte o yüzden, bilim insanları Higgs’in varlığını kanıtlayabilmek için Higgs’e en çok ihtiyaç duyulan dönemin, yani Büyük Patlama’nın şartlarını labaratuvar ortamında yaratmalıydı.

Bunu söylemek dile kolay. Avrupa’nın böylesi bir proje için 10 milyar dolarını ve 25 yıldan fazla zamanını vermesi gerekti. Bu iş için çalışan ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’na ‘makine’ diyen onbinlerce fizikçinin milyonlarca saati, emeği de cabası.

Neyse ki, insanoğlunun merakı bütün bu maddi zorluklara, uzun bekleyiş sürelerine vs galip geldi. Bugün, Higgs mekanizmasının varlığını hemen hemen kanıtlamış bulunuyor insanlık.

Bundan sonra Higgs mekanizması alanında yapılacak çalışmalarla bilim çok daha ileri gidecek.

Parçacık fiziğinde ‘kanıt’ işi biraz karışık

Bilmiyorum aranızda fizikçi veya matematikçi olmadığı halde CERN’de yapılan basın toplantısını canlı yayında izleyen oldu mu?

O basın toplantısında, aynı deneyin ürettiği verilere farklı farklı açılardan yaklaşan iki devasa (her biri 10 bin kişiye kadar genişliyor) grubun sunumları yapıldı. Önce CMS sözcüsü geldi, ardından da ATLAS.

Her iki sözcünün de açıklamalarının önemli bir bölümünü eldeki verileri nasıl ele aldıkları oluşturdu.

Bir kere Higgs doğrudan gözlenemiyor. Higgs oluştuktan çok kısa bir süre sonra bozunduğu için deney grupları bu bozunmanın sonuçlarına bakıyorlar. Bozunma sırasında ortaya çıkan yeni parçacığa, enerjiye yani.

Doğrudan gözleyemediğimiz bir olgu için ilk dolayımlama bu.

Aslına bakacak olursanız Higgs’in bozunmasının sonuçlarını da tam olarak doğrudan gözlüyor sayılmayız. O yüzden, çeşitli ‘kanallar’ açılıyor, farklı enerji/kütle düzeylerine farklı biçimlerde bakılıyor, leptonlara, Z bozonlara, ZZ bozonlara, W bozonlara vs bakılıyor.

İkinci seviye dolayımlama da bu.

Derken birbirine benzeyen ‘olay’lar derleniyor. Aynı enerji seviyesinde aynı cinsten bir bozunma olup olmadığına yani. Bunların da sayısı önemli.

Büyük Hafron Çarpıştırıcısı ya da CERN’deki adıyla ‘makine’ milyonlarca, hatta milyarlarca çarpışma yarattı. Sayının çok olması önemli. Çünkü, anlatmaya çalıştığım dolayımlamalar yüzünden ve atom altı parçacıklar evreninin doğası gereği her şey olasılık teorisiyle hesaplanıyor.

CMS sözcüsü, inceledikleri kanallardan birinde 5.1 sigma ‘güven düzeyi’ni yakaladıklarını söylediğinde salonda alkış koptu. Ama aynı sözcü sunumunun en sonunda bütün kanallar ortalamasının 4.9 sigma olduğunu söyledi, biraz ümit kırdı. O yüzden sözcü, ‘Higgs’i bulduk’ diyemedi, onun yerine ‘Yeni bir parçacık bulduk’ dedi.

Buna karşılık ATLAS sözcüsü, bütün kanalların ortalamasını 5 sigma olarak açıkladığında, salonda sunumu izleyen Peter Higgs’in gözleri doldu, büyük bir alkış koptu.

Peki nedir 4.9 sigma ile 5 sigma arasındaki fark?

Şöyle söyleyeyim: Bir şeyin ‘güven düzeyi’nin 4.9 sigma olması, onun yüzde 99.9999 seviyesinde güvenli olması anlamına gelir. Ama fizikçilere bu yetmiyor. 5 sigma ise yüzde 99.9999426697 kadar güvenli olması anlamına geliyor.

5 sigmalık güven düzeyinin bir başka anlamı da şu: 3 milyon defa meydana tekrar edilecek bir deneyde bu seviyede bir sinyal sadece 1 kez tesadüfen ortaya çıkabilir. O kadar.

Aradaki fark bu. Buna kanıt deniyor.

Tanrı parçacığı

Hürriyet Gazetesi Yazarı Taha Akyol’un yazısı

TANRI parçacığı ya da öbür adıyla Higgs Bozonu denilen atom-altı parçacık sahiden bulundu mu? Bilim tarihinde anlamı nedir? Ne işe yarar? Bu soruları CERN’de çalışan Prof. Gökhan Ünel’e sordum.

Mayıs ayında Sağlık Bakanı Recep Akdağ ile CERN’i ziyaretimizde tanışmıştım (Hürriyet, 24 Mayıs). California Üniversitesi’nden CERN’e gönderilmiş bir Türk bilim adamı, kendisini “Türk bilim rönesansına” adamış genç bir fizik profesörü...

Mesele şu: 13.7 milyar yıl önce ‘big bang’ meydana geldiğinde açığa çıkan akıl almaz enerji nasıl oldu da sonsuz boşluğa ısı ve ışık olarak dağılacağına “kütle” kazandı yani maddeye, galaksilere, yıldızlara dönüştü? Bunu sağlayan atom-altı bir parçacık olmalı diye düşünen bilim adamları CERN’de bu parçacığı araştırıyorlar. “Büyük Hadron Çarpıştırıcısı” (BHÇ) içinde ‘big bang’ ortamı oluşturuluyor ve bu ‘parçacık’ gözlemlenmeye çalışılıyordu. Prof. Ünel, BHÇ’de “Güneş merkezindeki enerjiden yaklaşık 100 bin kat daha fazla” enerji yoğunlaşması sağlanarak bu deneylerin yapıldığını söyledi.

Parçacık bulundu mu?

Prof. Ünel, iki büyük deneyde de “yeni bir parçacık” görüldüğünü belirterek şunları söyledi:

“Bu yeni parçacık aradığımız parçacık mıydı? Yoksa bir algıç hatası ya da üst üste 10 defa tura gelmesi gibi tabiatın bize yaptığı bir istatistik şakası mıydı? Böyle olması ihtimalinin 3 milyonda bir olduğu hesaplandı! Yani kesinlikle yeni bir parçacık bulduk, ama bu nedir henüz tam bilmiyoruz. Higgs parçacığı olabilir...”

Bulunan parçacık Higss parçacığının teorik özelliklerine uygun gözüküyor...

“Ancak elimizdeki veri ile olası her özelliğe bakamadık. Yapılacak ilk iş daha çok veri toplayıp bu görülen parçacığın gerçekten Higgs olduğundan emin olmak... Higgs parçacığı ise, artık protonu oluşturan temel parçacıklara (kuarklar, elektronlar vb.) kütle kazandıran mekanizmayı anlıyor olacağız...”

Anlıyor olacağız da ne olacak?..

Buluş neye yarayacak?

Günlük hayatımızda ne gibi gelişmeler olacak? İşte cevabı:

“Pratikte bu ne işe yarar sorusu için çok erken. Biz bugün bir çocuğun doğumunu müjdeledik, ileride hangi mesleği yapacağını şimdiden bilemeyiz! Tersini söyleyen ‘benim torunum ileride başkemancı olacak’ diyen bir dede gibi komik duruma düşer!”

Peki bu bulgu temel fizik teorileriyle uyumlu mu, yepyeni bir teori mi doğuyor?

“Eğer bulunan parçacık gerçekten Higgs Bozonu ise, bizi buraya kadar getiren kuram olan Standart Model’i doğrular nitelikte olacaktır. Yani temel fizik kuramları, kuantum ve görelilik gibi bilgiler ile uyumlu. Zaten bunlara tamamen zıt bir şey bulmamız mümkün değil. Biz Vatikan değiliz ki önce ‘dünya tepsidir’ veya ‘duruyor’ deyip sonra ‘yok yuvarlakmış, dönüyormuş’ diye devamlı kendimizle çelişelim. Bilimde ilerlemeler adım adım ve her adımdan emin olarak yapılır. Bu yüzden Higgs’i bulduk’ demiyoruz. Aman bizim magazin düşkünü insanımıza gereksiz malzeme vermeyelim.”

Evrenin tarihi

Gökhan Ünel’in gönderdiği “Evrenin tarihi” şemasını biraz sadeleştirerek size de sunuyorum:

- 0 saniye: Büyük Patlama, enerji yoğunluğu sonsuz, çünkü evren nokta kadar.

- 0,-25 tane sıfır-1  saniye, yani saniyenin trilyonda birinin trilyonda biri: BHÇ’nin ulaşabileceği en yüksek yoğunluk, nokta halindeki evren yaklaşık 300 milyon km’ye genişlemiş.

- 0,00001 saniye: Proton ve nötronlar oluşuyor.

- 3 dakika = 180 saniye: Hidrojen ve helyum gibi hafif çekirdekler oluşuyor.

- 380 000 yıl: Elektronlarla birleşen hafif çekirdekler hidrojen ve helyum atomlarını oluşturuyor.

- 200 milyon yıl: Yıldızlar ve gökadalar oluşuyor.

- 9.2 milyar yıl: Güneş sistemi oluşuyor.

- 10 milyar yıl: Dünya’da hayat başlıyor.

- 13.7 milyar yıl: Bugün...

Temel bilimler uyarısı

Prof. Ünel’in Türkiye’de uygulamalı bilimlere büyük önem verilirken temel bilimlerin ihmal edilmesini eleştiren şu uyarısını, YÖK’e ve bilim camiamıza sunuyorum:

“Türkiye’de anne-babaların, hatta öğretmenlerin bile ‘oğlum, kızım fizikçi olacak da ne olacak’ demesi, fizik bölümlerinin kapanıp hocaların işten çıkarılması içimi acıtıyor. Mühendislik, ancak biri bin yapabilir; sıfırı bir yapmak ise temel bilimlerin, özellikle de fizikçilerin işidir. Eğer bunu unutursak ülkemiz geri gider.”