Işıktan da hızlı gitmenin sırrı

Aklınıza OPERA deneyi de olur muymuş gibi haklı bir soru takılabilir. Esasında deney İtalya’da yapılmış olmasına rağmen, bunun İtalyan operası ile hiç alakası yoktur. OPERA (Oscilation Project with Emulsion t-Racking Apparatus)   İngilizce sözcüklerinin baş harfleri oluşturmuştur. İtalyan (İNFN) nükleer araştırmalar merkezine bağlı bir laboratuarsa yapılan bir deneydir.

Resimde deneyin yapıldığı Gran Sasso araştırma merkezinin yer üstünde kalan bölümü gösterilmiştir. Laboratuar 1400 metre derinliklerde evrenin en ulaşılmaz gizemi karanlık maddeyi oluşturduğu düşünülen WİMP (zayıf etkileşen kütlesel parçacıkları) parçacıklarını tespit etmek amacı ile kurulmuştur. Koskoca galaksileri rüzgâra kapılmış bir yaprak gibi savuran karanlık madde ve karanlık enerji, evren enerji içeriğinin %95’ni oluşturmaktadır. İnsanlığın bu güne kadar geliştirdiği teknoloji içinde yaşadığımız evrenin ancak %4,5’nu görebilmiştir. Geri kalanı bir doğa gizemidir. Gran Sasso işte bu gizemin peşindedir. Şayet CERN deneyinde 7 TeV gibi yüksek enerjilerde alın alına çarpışan proton demetlerinin enkazı arasında WİMP’lere rastlanırsa bu büyük gizem aydınlanmış olacaktır. Henüz CERN’in muhteşem detektörleri bu gizemi görüntüleyememişlerdir. Kanımca  işleri biraz zor.

OPERA deneyi ve süper-hızlı nötrinolar ise başka bir hikâyedir. Temel parçacıkların Standart modeline göre üç nesil nötrino vardır: elektron nötrino, müon nötrino ve tau nötrino.  Nötrino osilasyonu, müon nötrinonun elektron nötrinoya veya tau nötrinoya dönüşmesi veya dönüşümlerin aksi yönde oluşması demektir.  Güneşte meydana gelen nükleer tepkimeler sonsuza yakın sayıda nötrino üretirler. Yerküreye ışık hızına yakın hızlarda hareket ederek gelirler,  bunlardan örneğin müon nötrino dünyaya gelirken elektron nötrinoya dönüşür, yani osilasyon yaparlar. OPERA deney mantığı CERN’de elde edilen yüksek yoğunluklu ve yüksek enerjili müon nötrinoların Gran Sasso’ya 3 mili-saniye sürmesi beklenen yolculuğunda tau nötrinolara dönüşüp dönüşmediğini saptamaktır. Güneşten yerküreye gelirken nötrinoların yaptığını deney şartlarını oluşturarak laboratuarda tekrarlamaktır.

 Nötrinolar çok garip parçacıklardır. Kütleleri nerdeyse sıfırdır, elektrik yükleri yoktur, madde ile çok zor etkileşirler. Güneş ve kozmik kaynaklı nötrinoların milyonlarcası her an etrafımızda dolanır dururlar, ancak biz farkına varamayız. Bunlara Solar Nötrino denir.  Bu nedenle var oldukları basit teknikler ile kanıtlanamaz. Bir elektronun varlığını ufacık bir fotoğraf plağı görüntülerken nötrinoyu tespit etmek için tonlarca özel sıvı içeren karmaşık detektörler yapılır. Gran Sasso yer altı laboratuarında böyle detektörler vardır. Tüm ömrünü nötrino özelliklerini saptamakla geçiren bir deneysel fizikçi meslektaşımın bir CERN seminerde söylediği bir cümleyi burada tekrar etmek isterim: ‘Ne zaman Nötrino nötrinolar ile uğraşsan kendimi hayvanat bahçesine gitmiş ve ilk defa zürafa görmüş küçük bir çocuk gibi hissediyorum ve hayretten dona kalıyorum.’ Son günlerde gazetelerde nötrino haberlerini duyunca aklıma bu ilginç tespit geldi.

Gran Sasso’daki yer altı laboratuarında tespit edilen 15000 nötrinonun ışıktan bir saniyenin milyarda yirmisi yani 60 nano-saniye kadar daha hızlı olduÄŸu ölçülmüştür.  Bu tabi çok önemli sonuçları olabilecek bir tespittir. Evrende tek mutlak fiziksel büyüklük, yani baÅŸka hiçbir parametreye baÄŸlı olmaksızın tek başına var olan büyüklük, ışık hızıdır. Einstein özel görelilik kuramına göre hiçbir maddesel parçacık ışık hızından daha yüksek hızda hareket edemez. Işığın ölçülen hızı saniyede 299.792.458 metredir. Her hangi kütle içeren bir parçacık bu hızdan daha hızlı hareket etmesi mümkün deÄŸildir. Fakat haberlere göre, ÅŸayet doÄŸru ise, böyle bir olay medya gelmiÅŸ ve nötrinolar ışıktan daha hızlı hareket etmiÅŸlerdir. Gran Sasso’daki yer altı laboratuarında bir miktar nötrinonun ışıktan daha hızlı hareket ettiÄŸi ölçülmüştür, buda baÅŸka bir hayret nedenidir.Â

Ağırlığı 1800 ton olan detektör, 250 kilogram sodyum iyodür çözeltisi içine yerleştirilmiş karmaşık elektronik devrelerden meydana gelmiştir. Bu detektör, Cenevre’den gönderilen Nötrinolardan 15000 kadarının Cenevre -Gran Sasso yolunu ışıktan daha hızlı aldığını tespit etmiştir. Nötrinoları görecek bir detektör geliştirmek öyle kolay bir iş değildir. Yukarıda belirttiğimiz gibi, nötrino doğadaki etkileşim formlarından hiç birisi ile ilişki kurmaz. Asosyal bir parçacıktır. İçinde hareket ettiği maddeyi görür fakat madde onu göremez. Cenevre’den ta Roma yakınlarındaki Sasso dağının derinliklerine kadar gelirken içinden geçtiği taş toprak, kaya, maden ne olursa olsun hiç birisi nötrinoları göremez. Bir hayalet gibi gelir geçer. Peki, Gran Sasso’daki detektör onu nasıl gördü?
Maddenin nötrino demetini görme olasılığı, demete karşı atom çekirdeğinin gösterdiği kesit alanı ile orantılıdır. Demeti atış poligonunda namludan çıkan mermiye, atom çekirdeğini de merminin on ikiyi vurmasına benzetebiliriz. Hedef atom çekirdeğinin demete karşı gösterdiği kesit alanıdır. Bu alan bir santimetre karenin milyon çarpı milyon çarpı milyonda biridir. Yani hedef alan aklın alamayacağı kadar küçüktür. Marifet keskin bir nişancı bulup nötrino demetini bu alana çarptırabilmektir.  Bu keskin nişancı yapısını yukarıda kabaca aktardığımız özel detektördür. Nötrinoların atom çekirdeğine çarparak ben buradayım beni görün demesi çok düşük bir olasılıktır. Bu nedenle deney sonuçlarına ve ölçülen hız değerine hemen inanmamak gerekir.

Benzer amaçla Minasota kurgulanan MİNOS (Main İnjector Nötrino Oscilation Search) deneyinde de 2007 yılında böyle bir sonuç elde edilmişti. Deney sözcüsü Jenny Thomas, ölçümlere güvenmediklerini daha duyarlı deney yapmak gerektiğini, OPERA sonuçları ilan edilmeden önce basına açıklamıştı. Şayet OPERA sonuçları, MİNOS deneyinde yapılan ölçümleri doğrular nitelikte ise, teorik fizikçilere çok iş düşecek. Işıktan daha hızlı süper nötrino demetlerinin özel göreliliğe, yani Einstein kuramının yasaklamasına rağmen, neden var olduklarını açıklamak gerekecek. Ünlü İtalyan Teorik Fizikçisi emeritüs Profesör Zichichi (CERN’nin önceki başkanlarından) nötrinoların Cenevre’den Gran Sasso’ya uzay-zamanı algıladığımız dört boyutun dışındaki sicim teorisinin ilave boyutlarında yolculuk yaparak gelebileceğini ileri sürmüştür. Zamanda yolculuk yapıp bu günlerde 21 yaşında bir fizikçi olmak isterdim. Gizemin bir parçası olmak, Şeysell adalarında Angelino Jolie tatil geçirmek veya yüz metreyi Bolt’dan daha hızlı koşmak gibi bir şeydir.

 Einstein rölativite teorisinin doğruluğu,  yirminci yüzyılın başlarında deneysel olarak kanıtlandıktan sonra, çok sayıda fizikçi teorinin orasının burasını ince eleyip sık dokuyarak bir yanlış olup olmadığını araştırmışlardır. Bunlardan bazıları Einstein’ın yanlışını bulursam ben de ünlü olurum hevesine kapılanlardır. Ancak bunca çaba boşa çıkmış kimse Einstein’ın yanlışını bulamamıştır. Benim kanıma göre Einstein kesin olarak doğru bir teori kurgulamıştır. Bu ölçümü de Einstein teorisinin yanlışlığını kanıtlayan bir deney gibi bakmak doğru değildir.1987 Süper-nova patlamasından kaynaklanan nötrinolar eğer OPERA deneyinde ölçüldüğü gibi ışıktan daha hızlı hareket etmiş olsalardı,  patlama ışığının optik teleskoplara ulaşmasından bir sene önce bu hızlı nötrinoları tespit etmiş olmamız gerekirdi. Böyle bir durum yaşanmadığına göre ışıktan daha hızlı oldukları söylenemez,  şayet ışıktan hızlı hareket etti ise, bundan emin değilim, bana göre bu olayın bizim bilmediğimiz başka bir nedeni vardır.

CERN, OPERA deneyi ve dünya bilim hayatı, Arap baharından veya Akdeniz’deki gerginlikten, Somali’deki açlıktan, füze kalkanından, Avrupa finans krizinden, Yunanistan’ın iflas etmesinden, Obama’nın beyanatlarından bağımsız olarak kendi bildiği yolda yürümektedir. İtalya iflas halinde iken bile Gran Sasso’da yerin 1400 metre derinliğinde laboratuar kurabiliyor. Bu toplumun bilime verdiği değerin bir sonucudur. Umarım ülkemizi böyle bir bilimsel seviye TÜBÜTAK; TÜBA, YÖK gibi akademik kuruluşlar yükseltebilir. Tabi, aralarında Nötrinonun ne olduğunu veya Gran Sasso’da neler yapıldığını bilen ve değer veren varsa?