Yeni parçacık avı

Higgs parçacığının keşfinin ardından CERN’de 12 yıldır büyük bir sessizlik hakim. Bazı fizikçiler bu durumu bir “kriz” olarak nitelendirerek özellikle karanlık maddenin gizemini çözmek için yeni metotlar ve araçlar konusunda çalışma yürütüyor. İsviçre’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, 2012 yılındaki Higgs parçacığının keşfinin ardından büyük bir sessizliğe gömüldü. Evren hakkında halen yanıtlanmamış birçok sorunun cevaplanması konusunda bir dönem tüm umutlarını CERN’deki deneylere bağlayan fizikçilerin öngörüleri bugüne kadar gerçekleşmedi. Yakın gelecekte büyük bir keşif uman bilim insanlarının sayısı çok fazla değil. Peki CERN’deki ve Dünya’daki diğer merkezlerde gerçekleştirilen araştırmalardaki son durum ne? Çarpıştırıcı nasıl çalışıyor? CERN’in Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, İsviçre ve Fransa arasındaki sınır bölgesinde 27 kilometre çapında bir yeraltı tüneli. Bu tünel boyunca çok güçlü mıknatıslar atom altı parçacıkları hızlandırarak birbiriyle çarpıştırıyor. Işık hızına çok yakın hızlarda hareket eden bu parçacıkların çarpıştırılması farklı parçacıklar ve enerji alanları ortaya çıkarıyor ve bu da bilim insanlarının maddenin yapısı konusunda önemli veriler ortaya koyuyor. 2012’de bu deneyler “maddenin neden kütlesi var?” sorusunun cevabını Higgs parçacığını keşfederek vermişti. Ama o günden bu yana yeni deneyler “karanlık maddenin yapısı” gibi temel diğer sorulara bir yanıt verebilmiş değil. Hem de Higgs parçacığının keşfinin ardından çarpıştırıcının enerjisinin iki katına, toplanılabilen verinin de beş katına çıkarılmasına rağmen! Parçacık fizikçilerin son 50 yılda çok büyük keşiflere imza attı. Doğanın yasalarını anlayışımızı yeniden tanımlayan ve maddenin yapısı konusundaki sorunları kapsamlı bir şekilde yanıtlayan her bir parçacık keşfi büyük bilimsel atılımların da kapısını araladı. Yeni fizik nerede aranacak? Standart model olarak adlandırılan fizik açıklamasına göre evrende temel parçacıklar iki türe ayrılıyor. Fermiyonlar ve bozonlar. Fermiyonlar maddenin yapı taşları, bozonlar ise bu yapı taşları arasındaki etkileşimi sağlayan parçacıklar. Fermiyonlar, quarklar, elektronlar ve leptonlar olarak listelenirken, bozonlar ise W, Z, gluonlar ve fotonlar olarak sıralanır. Bu listeye bozonlar hanesinde Higgs parçacığı son üye olarak katılmıştır. Günümüzde bazı bilim insanlarına göre ortada adı konulmamış bir kriz var. Bilim insanları durmadan yeni deneyler tasarlayıp açıklamalar bulmaya çalışıyor ama henüz “yeni fiziğin nerede aranması gerektiği” yönündeki sorunun bir cevabı yok. Evrendeki maddenin yüzde 5’ini açıklayan Standart Model önünde daha çözülmesi gereken büyük gizemler var. Karanlık maddenin gerçekte ne olduğu, evrenin ilk zamanlarında eşit miktarlarda oluşmaları gerekirken neden maddenin antimadde üzerinde baskın olduğu ve kütleçekimin bu resme nasıl yerleştiği soruları bunlardan bazıları. Süper ortaklar ortada yok Bilim insanları ilk dönemlerde süpersimetri kavramında yoğunlaştı. Bu yaklaşıma göre her bir parçacığın ve bozonun ağır süper yansıma parçaları olmalıydı. Bu parçalar da karanlık maddenin açıklanmasının anahtarı olarak görülüyordu. Birçok bilim insanı Higgs parçacığından önce bu “süper ortak” parçacıkların bulunacağını düşünüyordu. Ancak bu parçacıklardan şu ana kadar hiçbir iz yok. Yapay zekaya umut bağlandı Yeni parçacıklar aramak aynı zamanda büyük bir veri işleme kabiliyeti gerektiriyor. Hadron çarpıştırıcısı günümüzde çalışırken saniyede yaklaşık bir petabayt çarpışma verisi üretiyor. Bu verinin yüzde 1’inden daha azı aktarılabiliyor ve bu devasa veri içerisinde yeni bir parçacık aramak gerçekten dünyadaki dev bir samanlık içinde sarı bir iğneyi aramaya benziyor. Artık bu verilerin incelenmesi için artan bir şekilde yapay zeka teknolojileri kullanılırken çarpıştırıcıdaki verilerin aktarımı için de yeni dedektörler dizayn ediliyor. Bilim insanları aynı zamanda muonları çarpıştıracak bir teknoloji üzerinde de çalışma yürütüyor. Gerçek bir varsayım olmadan parçacık arayışı! CERN’deki bilim insanlarının bir diğer sorunu ise ne aradıklarını tam bilmemek. Higgs parçacığı, daha önceki parçacıklar gibi öngörülen bir parçacıktı. Ama günümüzde bilim insanlarının önünde bir bilinmezlik var. Belki de ilk defa fizikçiler aramayı bilmedikleri bir şeyi bulma peşinde. Bunun için de onlara rehberlik etmeye en yakın aday yapay zeka. Anomali tespitinde araştırmacılar yapay zeka algoritmasına ne araması gerektiğini söylemezler. Bunun yerine, algoritmaya veri verilir ve ve veriyi mümkün olduğunca az bilgiyle tanımlaması söylenir. Bu anomalilerin tespitinin ardından bilim insanları tekrarlanan anomaliler üzerinden bir konsept oluşturabileceklerini umuyor. Gerçek bir varsayıma bağlı olmayan, sadece anomaliler üzerinden giden bu yaklaşımın nasıl bir sonuç vereceğini önümüzdeki yıllar belirleyecek. Daha büyük çarpıştırıcı için en yakın tarih 2050 Parçacık fizikçilerinin en çok üzerinde çalıştığı konu daha büyük çarpıştırıcılar. Günümüzde protonları birbiriyle çarpıştıran bilim insanları, protonların quarklardan oluşması nedeniyle net bir resim elde edemiyorlar. Eğer yeterli büyüklükte bir çarpıştırıcı daha inşa edilirse bilim insanları elektron ve pozitronları çarpıştırma yeteneğine sahip olacak. Bu tür çarpışmaların verilerinin çok daha “temiz” sonuçlar ortaya çıkaracağı öngörülüyor. Bu konuda ufuktaki olasılıklardan biri Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı (FCC). Bu çarpıştırıcı için İsviçre'deki çarpıştırıcının üç katı büyüklüğünde, bir yeraltı tüneli kazılması gerekiyor. Bu çalışma muhtemelen on milyarlarca dolara mal olacak. En iyimser tahminler çarpıştırıcının 2050 yılı civarında çalışmasını bekliyor ve sonuçlar muhtemelen 2070 yılında ortaya çıkacak. * * * Yapay zeka karanlık maddeyi arıyor Yeni bir algoritma, kendi kendine etkileşen karanlık maddenin kanıtları için çarpışan galaksi kümelerinin görüntülerini arayacak. Algoritma, evrendeki tüm maddenin yüzde 85'ini oluşturan karanlık maddenin belirtilerini aramak için galaksi kümelerinin görüntüleri üzerinde çalışma yürütecek. Standart kozmoloji modeline göre her galaksi karanlık maddeden oluşan bir haleyle çevrili. Benzer şekilde, galaksi kümeleri de dolaylı olarak tespit edebildiğimiz geniş karanlık madde halelerinin içinde yer almakta. Bu anlamda bilim insanları karanlık maddenin bir kümedeki dağılımını, kütleçekimsel etkisinin uzayı bükme şeklini izleyerek belirleyebiliyor. Ancak evrendeki devasa hacimdeki karanlık maddeye rağmen, kimse bunun yapıtaşlarının ne olduğunu bilmiyor. Galaksi verileri incelenecek Gökbilimcilerin karanlık maddenin kimliğini bulmakta bu kadar zorlanmalarının nedenlerinden biri, yerçekimi dışında normal madde ile etkileşime girmiyor gibi görünmesi. Bununla birlikte, bazı modeller karanlık madde parçacıklarının birbirleriyle etkileşime girebileceğini ve bu etkileşimin ne ölçüde gerçekleştiğinin etkileşim kesitine bağlı olduğunu öngörmekte. İsviçre'deki Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne'dan David Harvey, Liverpool John Moores Üniversitesi, Leiden Üniversitesi, Johns Hopkins Üniversitesi ve Fransa'daki CNRS'den araştırmacılar galaksi kümesi çarpışmalarının simüle edilmiş görüntüleri üzerinde eğitilmiş bir yapay zeka algoritması yazdı. Bu alogaritma galaksilerin çarpışma verilerini inceleyerek karanlık maddenin ipuçlarını arayacak. Karanlık maddenin gizemini çözmek amacıyla birçok proje galaksi kümesi çarpışmalarını görüntülemeye başladı bile. Hubble Uzay Teleskobu, Chandra X-ışını Gözlemevi'nin yardımıyla bir süredir galaksi kümesi çarpışmalarını, en meşhuru 2006'daki Bullet Kümesi olmak üzere, görüntülemektedir. Daha yakın bir zamanda Avrupa Uzay Ajansı, kümelerdeki karanlık maddenin varlığı da dahil olmak üzere “karanlık evren” olarak adlandırılan alanı incelemek üzere tasarlanan Euclid misyonunu başlattı. Bu araştırmaların yakın bir gelecekte bazı sonuçlara ulaşması bekleniyor. (*) MIT Technology Review’da konuyla ilgili çıkan makalelerden derlenmiştir.