15/07/2024
CERN’DE, EVREN’İN İLK ANLARI NASIL TEKRAR OLUŞTURULUYOR!..
Bilim insanları, parçacık hızlandırıcıları kullanarak erken Evrenin koşullarını laboratuvarda yeniden yaratıyorlar. Bu şekilde, parçacık fiziği deneylerinde üretilen veriler, kozmosun en eski anlarına bir bakış sunabilir.
Ancak, bu yaklaşımın hem gücünü hem de sınırlamalarını anlamak önemlidir. Büyük Patlama teorisi, her biri karakteristik bir enerjiye ve sıcaklığa sahip bir dizi dönemdir.
Evren’in en erken anları hala anlaşılamamıştır. Bu konudaki anlayışımız yalnızca bir dizi tahminden ibarettir. Bununla birlikte, bir saniyeden çok daha kısa bir sürede, erken Evrenin koşulları hızla modern teknolojiyle test edilebilecek koşullara dönüştü.
Dünyanın çalışır durumdaki en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), proton çiftlerini neredeyse ışık hızına kadar hızlandırır ve onları kafa kafaya çarpıştırır.
Protonun hareket enerjisi, Güneş'in merkezinden 100.000 kat daha yüksek sıcaklıklara ulaşan ısı enerjisine dönüştürülür. Bu sıcaklıklar, Evren'in başlangıcından sonra saniyenin trilyonda birinden daha az bir sürede Evren'de yaygın olan sıcaklıklardır.
Diğer deneyler, Evrenin genişlemesi parçacık fiziği yasalarının artık geçerli olmayacağı ve nükleer fizik çağının başlayacağı kadar soğuduğunda maddenin davranışını inceledi.
Evren sadece birkaç dakikalık olduğunda, Evrenin yapısı ve onu yöneten yasalar zaten yerine oturmuştu. Evrenin başlangıcından üç dakika sonra, ilk yıldızları oluşturan ilksel hidrojen ve helyumun çekirdekleri zaten mevcuttu.
Evrenin atomik hidrojen ve helyum oluşturacak kadar soğuması yüzbinlerce yıl alacaktı. Atomların oluşumundan sonra, yüz milyonlarca yıl boyunca yerçekimi kuvvetleri hakim oldu ve ilk yıldızların oluşmasına yol açtı.
Evrenin başlangıcından yaklaşık 10 üzeri -36 ile 10 üzeri -32 saniye sonra çok erken bir zamanda , kozmologlar Evren’in ışık hızını aşan hızlarda bir genişleme dönemi yaşadığına inanıyorlar. Buna enflasyon çağı denir.
Bunun gerçekleştiğine dair pek çok ikinci dereceden kanıt var, ancak enflasyonun gerçekten meydana geldiğine dair kesin bir onay yok. Enflasyon teorik bir önerme olarak kalmaya devam ediyor.
Enflasyonun sonunda Evren sıcak ve yoğundu ve günümüz Evren’inden oldukça farklıydı. Evren atomların var olması için fazla sıcaktı. Aynı şey proton ve nötronların içinde bulunan parçacıklar olan protonlar, nötronlar ve kuarklar için de geçerliydi. Kütle ve elektrik yükünün bile var olmadığı düşünülüyor. Yani tüm Evren son derece enerjik ve kütlesiz parçacıklarla doluydu.
Bilim insanları yaklaşık 10 üzeri -13 saniye öncesinde Evren'de ne olduğundan tam olarak emin değiller. Bunun bir nedeni, o ilk zamanları incelemek için yeterli enerjiyi yoğunlaştıracak teknolojiye sahip olmamamızdır. Ancak LHC onların neredeyse ışık hızında hareket eden proton çiftlerini çarpışmasına olanak tanıyor. Bu çarpışmalardan birinde üretilen maksimum enerji, başladıktan 10 üzeri-13 saniye sonra Evrende en son görülen sıcaklıkları üretecektir.
Bu yetenek sayesinde Evren’in evrimine dair anlayışımız çarpıcı biçimde gelişiyor. Yaklaşık 10 üzeri-12 saniyede, Higgs alanı adı verilen bir enerji alanı ortaya çıktı. Bu alan Evren’deki maddeyle etkileşime girdi ve parçacıklara kütlelerini verdi.
Aynı zamanda elektrik yükü de ortaya çıktı. Yalnızca kütlesiz enerjinin var olduğu bir Evren yerine, kütlesi olan parçacıklar ortaya çıktı. Bu parçacıklara kuark ve lepton adı verildi. Bugün kuarklar yalnızca proton ve nötronların içinde bulunuyor ve en tanıdık leptona elektron adı veriliyor. Higgs alanının bir titreşimi olan Higgs bozonu 2012 yılında keşfedildi.
Ancak o ilk zamanlarda kuarkların varlığı proton ve nötronlarla sınırlı değildi. Kuarklar serbestçe dolaşabiliyordu. Sonuçta, Evren protonların ve nötronların var olması için fazla sıcaktı, Eğer bu erken Evren'e bir proton yerleştirirseniz, etkili bir şekilde erir ve kendisini oluşturan kuarkların serbestçe hareket etmesine izin verirdi; tıpkı sıcak bir kaldırıma bir buz küpü koymanız gibi.
Zaman ilerledi ve Evren genişledi ve daha da soğudu. Saniyenin yaklaşık milyonda biri (10 üzeri -6 saniye) kadar bir sürede Evren, kuarkların artık serbestçe gezinemeyeceği kadar soğudu. Güçlü kuvvetler kuarkları bir araya toplayarak proton ve nötronları oluşturdu.
Nötrino adı verilen, tanıdık olmayan parçacıklarda vardı. Nötrinolar, maddeyle çok zayıf etkileşime giren çok düşük kütleli atom altı parçacıklardır. Günümüzde nükleer reaksiyonlarda üretiliyorlar ve Evren üzerinde pek bir etkileri yok. Ancak Evrenin 10 üzeri -6 saniyedeki yoğunluğu o kadar yüksekti ki, nötrinolar Evrene hakim olan protonlar, nötronlar ve elektronlarla oldukça güçlü bir etkileşime girdi.
Evren yaklaşık bir saniye yaşına geldiğinde, evrenin yoğunluğu, nötrinoların artık diğer madde formlarıyla etkileşime girmeyecek kadar düştü. Aslına bakılırsa, şu andaki Evrenimiz, maddeyle en son Evren’in başlangıcından kısa bir saniye sonra etkileşime giren nötrinolarla doludur. Önümüzdeki on yıl içinde bu ilkel kozmik nötrinoları tespit edebilecek çok hassas deneyler yapıldı.
Sonraki birkaç dakika içinde, Evrenin genişlemesi, protonların ve nötronların atom çekirdeği oluşturmak üzere bir araya toplanabileceği kadar düşük sıcaklıklara kadar soğumaya devam etti. Evrenin yoğunluğu yüksek kalsaydı, bilinen tüm elementlerin çekirdekleri oluşmuş olabilirdi.
Ancak Evren’in yoğunluğundaki hızlı düşüş yalnızca en basit çekirdeklerin oluşmasına olanak sağladı. Evrenin başlangıcından yaklaşık üç dakika sonra, hidrojen çekirdekleri ve helyum çekirdekleri, hidrojenin nadir izotopları (döteryum ve trityum) ile birlikte oluşmuştu.
Üç dakika içinde Evrenin yaklaşık %75'i hidrojen ve %25'i helyumdan oluşuyordu. Ayrıca eser miktarda başka maddeler de vardı. ancak çoğunlukla diğer elementlerin tümü yıldızların merkezinde oluşana kadar ortaya çıkmıyordu.
Çok daha sonraki zamanlarda, Evren’in başlangıcından yaklaşık 380.000 yıl sonra, Evren hidrojen ve helyum çekirdeklerinin elektronları yakalamasına yetecek kadar soğudu ve ilk atomlar ortaya çıktı. Ve, yerçekimi sonunda bu atomları, yıldızlara ve galaksilere dönüşen sıcak kümeler halinde topladı.
Evrenin doğasına ilişkin anlayışımız, en başından başlayarak birkaç dakika sonrasına kadar oldukça karmaşıktır ve kesin ölçümlerle yönlendirilir. Daha da önemlisi, anlayışımız teorik spekülasyonlardan değil, karmaşık ve ayrıntılı ölçümlerden geliyor.
Parçacık hızlandırıcıları ile gerçekleştirilen astronomik gözlem ve deneylerin birleşimi sayesinde, bilim insanları her şeyin nasıl başladığına dair çok net bir anlayışa sahip olmaya başladı.
