Işık hızını aştığı iddia edilen parçacık, "Nötrino"
Alp Güleç - 07 Eylül 2012 01:50
Işık hızını aştığına dair hakkında görüşler bulunan ve 2011 yılında CERN’de yapılan deneyde ışıktan hızlı olduğu ölçüldüğünde kafaları karıştıran nötrinolar yakın zamanda anlaşılmaya başlanmış gizemli parçacıklardır. Çok küçük olduklarından ve neredeyse tamamen etkisiz olduklarından haklarında bilgi edinmek zordur. O kadar küçük parçacıklardır ki elektron dahi onların yanında devasa kalmaktadır.
 |
 |
 |
Not: Bu yazıyı okumadan önce parçacık dünyasına giriş yaptığım ve temel kavramlardan bahsettiğim yazımı okumanızı tavsiye ederim.
http://www.bilimsehri.com/makaleler/higgs-alani-ve-parcacigi.html
Birkaç santimetre kalınlığındaki kurşun tabaka X ışınlarını tutabilirken 1 ışık yılı kalınlığındaki kurşun tabaka nötrinoyu tutamamaktadır. Dünya’nın bir ucundan girip diğer ucundan çıkıp giderler. Vücudumuzdan trilyonlarcası etkileşime geçmeden (önemsiz denilenecek kadar güçsüz düzeyde) geçip gitmektedir.
İlk olarak beta bozunması sırasında momentumun, açısal momentumun ve kütlenin korunması için böyle bir parçacığın olması gerektiği düşünülmüştür. Beta bozunmasında yüksüz bir parçacık olan nötron bozunarak negatif yüklü elektron saçmakta ve pozitif yüklü protona dönüşmektedir. Fakat tepkimeye giren ve çıkan parçacıkların toplam enerjisine bakıldığında, tepkimeden önceki enerjinin tepkimeden sonraki enerjiden büyük olduğu görülür. Tepkime öncesi ve sonrası enerjilerin eşit olması gerektiğinden buradan yola çıkılarak nötrinonun keşfinde ilk adım atılmıştır. Fakat deneysel olarak varlığının ispatlanması uzun yıllar almıştır. (Beta bozunmasında bahsedilen eksik olan parçacığın daha sonra antinötrino olduğu anlaşılmıştır)
Beta bozunumu: n0 → p+ + e− + ν
e
Nötrinonun varlığı bir nükleer reaktörde yapılan deneyle ispatlanmıştır. Ters beta bozunması mantığına dayanarak yapılan deneyde bir protonun antinötrino yutması durumunda bir nötron ve bir pozitron ortaya çıkması durumu düşünülmüş ve nükleer reaktörlerin çok sayıda nötrino üretmesi fırsat bilinmiştir. Devamında ise bu nötrinolar hedef atomlarla reaksiyona girmiş ve çift gama ışınları yayınlayarak kendilerini göstermişlerdir. Fakat yine de bu nötrinoların çok azı reaksiyona girmiştir. Zira nötrinolar çok ufak olduklarından hedefe denk gelmeleri zordur.
Ters beta bozunumu: νe + p+ → n0 + e+ + ν
e
Nötrinolar standart modelde leptonlar grubundadır ve üç farklı çeşiti bulunmaktadır. Örneğin beta bozunmasında elektronla beraber ortaya bir elektron nötrinosu çıkmaktadır. Aynı şey müon ve tau parçacıkları için de geçerlidir. Müon nötrinosu ve tau nötrinoları ayrıca bulunmaktadır. Tüm bunların yanın da bir de bunların anti parçacıkları vardır. Anti parçacık zıt işaretli yüke sahip, ters spinli parçacıktır. Örneğin elektron negatif yüklüdür ve bunun karşıt parçacığı pozitif yüklü pozitrondur.
 |
Nötrinolar kütleçekimi ve zayıf nükleer kuvvetten etkilenmektedir. Zayıf nükleer kuvvetin menzili çok kısa olduğundan ve kütleçekimi kuvveti de çok zayıf olduğundan etkileşime geçmeden geçip gitmelerinin sebebi budur. Nötrinoların çok ufak da olsa kütlesi vardır. Fakat en başta kütlesinin olmadığı düşünülmekteydi. Yakın zaman içerisinde ise Japonya’da yerin yüzlerce metre altında yapılan deneyde kütlelerinin olduğu kanaatine varıldı. Nükleer reaksiyonlarda yoğun olarak nötrinolar ortaya çıktığından Güneş de bu sebeple iyi bir nötrino kaynağıdır. Bu nötrinolar uzay içerisinde her yöne yayılmakta olup bunların bir kısmı Dünya’ya ulaşır. Yerin altındaki deney buna dayanarak yapıldı ve yerin yüzlerce metre aşağısında kozmik ışınların deneyi etkilemesinin önüne geçilmiş, güneşten gelen nötrinolar ile istenilen deney gerçekleştirilmiştir.
|
Deneyde binlerce ton saf su kozmik ışınlara karşı yalıtılmış olan bir tankın içine dolduruldu. Nötrinolar su molekülünü oluşturan atomların elektronları ile çarpışacaktı. Nadiren de olsa elektronlar nötrinolar ile etkileştiğinde ışıma yapıyordu.
Büyük su kütlesi kullanılmasının sebebi ise ışığın hızını yavaşlatmaktı. Işık suda boşlukta olduğundan daha yavaş gidiyordu. Buradan yola çıkılarak elektronun ışık hızını aşıp(suda yavaşlatılmış ışık hızına göre) hemen ardından bir ışıma yapması sağlanıyordu. Ses hızı aşıldığında nasıl bir şok dalgası meydana geliyorsa aynı şey elektronun ışık hızını aşmasının ardından da yaşanıyor ve elektron foton dalgası yayınlıyordu. Ortaya Çerenkov ışıması adı verilen görülebilir, mavi renkli ışıma çıkıyordu. Deney neticelendiğinde, nötrinonun salınımlarına bakılarak kütlesinin olduğu kesin olarak anlaşılmıştır.
2011 yılında CERN’de yapılan deneyde ise nötrinolar çarpıcı bir şekilde yeniden sahneye çıktılar ve yapılan ölçümlerde beklenmeyen bir şekilde ışık hızını geçtikleri tespit edildi. Bu da modern fiziğin gözden geçirilmesi anlamına geliyordu. Fakat bunun sistematik hata olduğunu düşünenler de vardı. Şayet böyle bir hata varsa ne kadar ölçüm yapılırsa yapılsın aynı sonuç elde edilecekti. Bu sebeple Fermilab(ABD) ve Japonya’daki araştırmacılar ayrıca bu konuyu incelediler. Sonuç olarak yapılan detaylı kontrollerde CERN’deki GPS sisteminde aksaklıklar tespit edildi ve nötrinoların ışık hızını geçtiği iddiası çürütüldü. Nötrinoların ışık hızına yakın hızda hareket ettiği ve ışık hızını geçmediği yapılan detaylı çalışmalar sonucu kesinleşmiş oldu.
Kaynakça
- cern.ch (European Organization for Nuclear Research)
- Iain Nicolson - Dark Side of the Universe
- Physics Today - The idea of the neutrino
- fnal.gov (Fermilab)