Sir Isaac Newton, antimaddeden yapılmış bir elmanın ağaçtan düşüşünü izleseydi, yukarı mı aşağı mı giderdi?
İlk kez, uluslararası bir bilim insanı ekibi, antimaddenin yerçekimi altında nasıl davrandığını doğrudan test ettikten sonra, bilim camiasında sonsuz spekülasyonlara konu olan bu soruyu yanıtlayabildi.
Buldukları şey, antimaddenin de yerçekiminden maddeyle aynı şekilde etkilendiğiydi.
York Üniversitesi’nden fahri profesör Scott Menary bir basın açıklamasında “Görünüşe göre anti-elma da yere düşecek” dedi.
Çarşamba günü yayınlanan bir makalede açıklanan bu onay(yeni bir sekmede açılır)Menary, hakemli dergi Nature’da yalnızca başka soruların gündeme geldiğini söyledi.
“Örneğin, antimadde maddeyle tamamen aynı şekilde mi düşüyor yoksa davranışında bizim keşfedemediğimiz ince farklılıklar mı var?”
Bu, Kanada Yenilik Vakfı tarafından finanse edilen özel bir parçacık yakalama cihazı olan yeni ALPHA-g aparatının kullanımından elde edilen ilk önemli sonuçtur. CERN’in hükümetlerarası kuruluşu tarafından işletilen, İsviçre’nin Cenevre kenti yakınlarındaki Fransa-İsviçre sınırındaki dünyanın en büyük parçacık fiziği laboratuvarında bulunmaktadır.
Menary, “Sonuç, çoğu insanın düşündüğünden çok daha zayıf bir kuvvet olan yerçekiminin sadece küçük bir antihidrojen atomu topluluğu üzerindeki etkisini ölçmenin zorluğu göz önüne alındığında, teknik bir güç gösterisidir” dedi.
Araştırmacılar, nihayet antimaddenin yerçekiminde nasıl hareket ettiğini görmenin, fizik dünyasındaki en büyük gizemlerden birini anlamak için ileri bir adım olduğunu söylüyor: antimaddenin kendisi olan ayna dünyası.
İçinde yaşadığımız dünya tamamen maddeden, moleküllerden, atomlardan, elektronlardan ve diğer atom altı parçacıklardan oluşur. Ama fiziğe göre madde yaratıldığında antimadde denilen bir şey de yaratılıyor.
Antimadde, maddeyi oluşturan parçacıkların zıt yüküne sahip parçacıklardan oluşur. Tüm atom altı parçacıkların bir anti-ikizi vardır (antikuarklar, antinötronlar, vb.) ve normal parçacıklar anti-ikizleriyle temasa girerse yok olurlar ve bu süreçte enerji üretirler.
Bilim insanları onlarca yıldır bu parçacıkları inceliyor. Gözlemlenen ilk antimadde parçacığı olan pozitron veya antielektron, 1931’de teorileştirildikten sonra 1933’te keşfedildi. CERN’de, protonları çekirdeklerle parçalayarak ve ortaya çıkan antiprotonları manyetik alanlarla ayırarak antiprotonları sentezleyebilir ve izole edebilirler.
Bilim adamlarının uğraştığı sorulardan biri, eğer evrenimiz yaklaşık 13,8 milyar yıl önce Büyük Patlama’da başlayan maddeden oluşuyorsa, teorik olarak eşit miktarda antimaddenin de yaratılmış olması gerekirdi; ama nereye gitti?
Calgary Üniversitesi fizik profesörü ve ALPHA-g Kanada Yenilik Projesi Vakfı baş araştırmacısı Robert Thompson, “Şu anda evrendeki tüm antimaddenin nerede olduğuna dair bir açıklamamız yok” dedi. .
“Bu bilmeceye bir çözüm bulmak için yaptığımız şey, bir tutarsızlık bulup bulamayacağımızı görmek amacıyla antimadde fiziğinin unsurlarını test etmektir. Bu durumda, antihidrojenin yerçekimsel özelliklerinin hidrojenin özelliklerini yansıtıp yansıtmadığını test ettik; bu daha önce hiç yapılmadığı için önemli.”
DENEY NASIL ÇALIŞIYOR
Eğer bilim insanları onlarca yıldır antimadde parçacıklarını yakalayıp sentezliyorsa, neden yerçekiminin onlar üzerindeki etkisi daha önce bir deneyde test edilmedi?
Çünkü yerçekimi yüklü parçacıklara gözlemlenebilir bir kuvvet uygulayacak kadar güçlü değil. Her ne kadar yerçekimi evrendeki her şeye etki etse de, iki yüklü elektron arasındaki elektrostatik kuvvet, yerçekiminin etkisini ihmal edilebilir hale getiriyor ve gerçekten ölçebileceğimiz bir şey değil. Aynı durum pozitronlar için de geçerlidir. Bilim insanlarına göre yerçekiminin etkisini görebilmek için birbirini dengeleyen yüklü parçacıklardan oluşan nötr bir atoma ihtiyacınız var.
Antihidrojen Lazer Fizik Aparatı (ALPHA) deneyinin devreye girdiği yer burasıdır.
ALPHA, bilim adamlarının pozitronları ve antiprotonları alıp bunları ALPHA-g adı verilen dikey bir cihaza fırlatmasıyla çalışır; burada parçacıklar birleşip antihidrojen atomları oluşturma fırsatına sahip olur. Bu parçacıkların çoğu kaçacak ve maddeyle çarpışması nedeniyle yok olacak; ancak ALPHA-g’nin merkezindeki bir “atom tuzağı” birkaç antihidrojen atomunu yakalayabilir ve manyetik alanları kullanarak onları maddeden uzak tutabilir.
Bilim adamlarının bu özel deneyde ölçtüğü her nokta için, yeterli miktarda antihidrojen atomu biriktirmek amacıyla makineyi 50 kez çalıştırdılar.
Yeterli parçacığa sahip olduklarında, onları tuzaktan kurtarmanın ve yerçekiminin kontrolü ele geçirmesini izlemenin zamanı gelmişti.
ALPHA-g, üstteki ve alttaki bariyerleri serbest bırakarak atom tuzağını açar. Normal hidrojen atomları ALPHA-g’den geçirildiğinde, yerçekiminin etkisiyle yaklaşık yüzde 80’i tuzağın dibinden çıktı.
Bu deneyde araştırmacıların bulduğu şey, antihidrojen parçacıklarının da aynı şeyi yaptığıydı.
Kütleçekiminin antimadde üzerinde de aynı etkiyi yapacağı sağduyulu görünebilir, çünkü bu Einstein’ın fiziğin temel taşı olan genel görelilik teorisiyle uyumludur, ancak bu önde gelen teori olmasına rağmen bir garanti değildi. Çok sayıda çalışma, antimaddenin yerçekimine maddeden çok farklı bir tepki vermesi durumunda evrenin nasıl görünebileceğini teorileştirdi; antimaddenin negatif bir yerçekimi kütlesi olarak hizmet ettiği senaryolar da dahil.
Antimaddenin yerçekimine benzer şekilde tepki verdiğini bilmek, ilgili mekanizmaların derinlemesine incelenmesinde ve araştırmacılara göre bunların, fizik yasalarının öngördüğü miktarla karşılaştırıldığında evrenimizdeki antimadde eksikliğini ortaya çıkarmada ne anlama gelebileceği konusunda ilk adımdır.
Calgary Üniversitesi’nde yardımcı doçent ve Nature gazetesine önemli katkılarda bulunan Timothy Friesen, başka bir basın bülteninde, “Kuantum mekaniği ve yerçekiminde bir yerlerde bir sorun olduğunu biliyoruz” dedi.
“Ne olduğunu bilmiyoruz. Antimaddeyi düşürürseniz ne olacağına dair birçok spekülasyon var, ancak şimdiye kadar hiç test edilmedi çünkü üretilmesi çok zor ve yerçekimi çok zayıf.”
ALPHA-g, kurulmak üzere CERN’e gönderilmeden önce Kanadalı bilim adamları tarafından Kanada’nın parçacık hızlandırıcı merkezi TRIUMF’un tesislerinde inşa edildi.
Deneyin yürütülmesi ve antiatomların serbest düşüşünün ölçülmesi, çok sayıda Kanadalı kurumdan araştırmacının yanı sıra Avrupa, İngiltere, ABD, İsrail ve Brezilya’dan araştırmacı ve kurumları da içeriyordu.
TRIUMF kıdemli bilim insanı ve ALPHA-Kanada sözcüsü Makoto C. Fujiwara, yaptığı açıklamada, “Bu dönüm noktası, yaklaşık 20 yıllık özveri ve ekip çalışmasının bir sonucudur. ALPHA-Kanada üyelerinin katkıları başarımız için kritik öneme sahipti” dedi. “ALPHA-Kanada, her biri bu projede hayati bir rol oynayan çeşitli öğrenci gruplarından, doktora sonrası akademisyenlerden, akademisyenlerden ve personelden oluşan bir pan-Kanada işbirliğidir.”
