Antimaddenin kısa tarihi

Çoğumuz, ‘antimadde’yi Amerikalı romancı Dan Brown’ın ‘Melekler ve Şeytanlar’ isimli kitabından (ve aynı isimli filmden) duymuştuk. Romancı dramatik kurgusu için bilimi çarpıtmış, CERN’de üretilen anti-maddeyi bir kutunun içine koymuş, bu yetmiyormuş gibi romanında bu kutunun kötü kişilerce çalınmasını da sağlamıştı.
Oysa anti-maddeyi taşıyacak ve bir yerden bir yere nakledilmesini sağlayacak bir kutunun olması, en azından şimdilik, imkansız.
Gelin, dün manşetten okuduğunuz haberi daha iyi anlamanıza yardımcı olacak ve bana göre Dan Brown’ın romanı kadar heyecanlı ve sürükleyici bir büyük bilim macerasına biraz yakından göz atalım.
Ama bunun için 20. yüzyılın başına kadar dönmemiz gerekiyor.
1905’te Albert Einstein’ın ünlü ‘Özel Görelilik’ teorisi ortaya çıktı. Teori, uzay ve zaman arasındaki, madde ve enerji arasındaki ilişkiyi açıklıyordu ve meşhur E= MC² formülünü içeriyordu.
Bu arada deneyler göstermişti ki, ışık bazen dalga gibi hareket ediyordu bazen de parçacık gibi. Bir türlü çözülemeyen bu paradoks için Max Planck bir orta yol önerdi: Işık dalgaları, onun ‘quanta’ adını verdiği minik paketler halinde olabilirdi. Böylece ışık aynı anda hem dalga hem de parçacık olabiliyor, sözde çelişki ortadan kalkıyordu.
Ama kalkmadı. 1920’lerde, Erwin Schöredinger ve Werner Heisenberg yeni bir kuvantum teorisi yarattılar. Bu yeni teorinin bir büyük sorunu vardı: Göreliliğe uymuyordu. Teori sadece düşük hızla hareket eden parçacıklarda başarılıydı, ışık hızı gibi yüksek hızlarda (yani göreliliğin alanında) teori işlemiyordu.
1928 yılında bir başka büyük fizikçi, Paul Dirac bu sorunu çözdü. Ortaya koyduğu yeni denklemle kuvantum ile göreliliği birbirine uyumlu yaptı. Ama yine bir sorun vardı: Dirac’ın denklemi, aynen x² = 4 eşitliğinde olduğu gibi birden fazla sonuca sahipti.
(Yani X=2 ve X=-2)
Yani Dirac’ın denklemi, atomaltı parçacıklar söz konusu olduğunda bir simetri öngörüyordu. Aynı parçacık pozitif elektrik yüklü de olabilirdi, negatif elektrik yüklü de. Yani birbirinin tam tersi, anti.
Dirac bu buluşuyla 1933’te Nobel aldı ve Nobel ödül töreninde yaptığı konuşmada antimaddeden, tamamen antimaddeden yapılmış antievrenden söz etti. Antimadde hayatımıza girmişti.
Dirac’ın bu konuşmasından kısa bir süre önce, 1932’de Amerika’da, California Institute of Technology’den Carl Anderson, kozmik parçacıkları incelerken ilginç bir durumla karşılaştı. Kendi sözleriyle, ‘Pozitif elektrik yüklü ama elektronla aynı kütlede bir şey’ bulmuştu, ne olduğuna anlam veremiyordu.
Bir yıldan fazla süreyle bu konuda çalıştı, yüzlerce, binlerce gözlem yaptı ve sonunda ilk anti-parçacığı, pozitif elektrik yüklü elektronu, yani kendi verdiği isimle pozitronu keşfetti Anderson.
Ekim 1955’te The New York Times’ın birinci sayfasında şöyle bir başlık vardı: “Yeni atom parçacığı bulundu; negatif proton ismi verildi.” Evet bu buluşu 1960’da anti-nötronun keşfi izledi.
Bir atom, yani ‘madde’ yapmak için gereken bütün ‘anti’ler bulunmuştu. Türkiye’de yaygın deyişle, un, yağ ve şeker vardı, sıra helvayı yapmaya gelmişti.
1995’te, yani neredeyse 20. yüzyılın sonunda İtalyan ve Alman bilim insanlarından oluşan bir ekip, CERN’de ilk anti-maddeyi, bütün atomların en basiti olan hidrojenin antisini yaratmayı ve gözlemlemeyi başardı. Sadece 8 atom gözlenebilmişti ama bu bir ilkti.

Ne işe yarar bu antimadde?

ÇOK farkında değiliz belki ama çoğumuz gündelik hayatımızda anti-maddeyle karşılaşıyoruz.
En yaygın örnek, PET Scan adı verilen tomografi cihazlarında. PET’in açılımı şöyle: Positron Emission Tomography. Buradaki ‘positron’ kelimesi, anti-elektron anlamına geliyor.
Beyninizin çalışmasını izlemek isteyen doktorlar size içinde elektronlar olan bir sıvı veriyorlar. Sonra da kendisi pozitron saçan cihazın içine giriyorsunuz. Pozitronlar ve elektronlar karşılaştıklarında birbirlerini yok ediyor, bu arada bir ‘ışıma’ oluşuyor, işte sonradan baktığınız filmler bu ışıma sonucu elde edilmiş görüntüler oluyor.
Bu macera bitmez...

‘Huzurlarınızda antimadde’

MADEM labaratuvar ortamında antimadde ilk kez 1995’te gözlendi, daha sonra bu gözlem başka bir labaratuvarda daha teyid edildi; dün Hürriyet’in birinci sayfasına yansıyan son deneyin farkı neydi ki dünyanın her yerinde haber oldu?
Bu sorunun yanıtı, anti-hidrojen atomlarının gözlem süresinde yatıyor. Yoksa, anlatmaya çalıştım, teorik temelleri 1928’de atılmış, ilk gözlemi 1932’de yapılmış, ilk antimaddesi 1995’te üretilmiş bir şeyden söz ediyoruz.
Antimaddeye etrafımızda pek de fazla rastlamayışımızın bir basit sebebi var; çünkü o adı üstünde ‘anti’ madde. Yani, anti olmayan maddeyle temas ettiğinde hem kendini hem de anti olmayan maddeyi yok ediyor, enerjiye dönüşüyor.
Son deneyin farkı, antimaddenin görece daha uzun süre bir manyetik alanda hapsedilebilmiş olmasından ve daha da önemlisi bu maddeyi yaratmak için parçacıklarının hızının epey bir yavaşlatılmış olmasından kaynaklanıyor.