Parçacık kütlelerinin hikayesi büyük patlamadan hemen sonra başlar.
Çok eskiden, evren doğduktan hemen sonra çok sıcak “ilkel çorbanın” içinde olan parçacıklar neredeyse kütlesizlerdi ve ışık hızına yakın hızlarda hareket ediyorlardı. İşte tam bu sıralarda Higgs alanı ortaya çıktı ve evrene yayılarak temel parçacıklara kütle vermeye başladı. Buradaki kütle kazanma mekanizmasını şöyle anlatalım.
Çok kalabalık bir partidesiniz. Partinin giriş kapısından ünlü bir oyuncu giriyor ve bir çok insan onun etrafını çevreliyor. Haliyle ünlü oyuncu yavaşlıyor. Ancak az ünlü birisi kapıdan girince, kalabalığa çok az takılıyor ve yoluna devam ediyor. İşte buradaki popülerlik, kütleyle eş anlamlıdır. Partide ne kadar popülersen o kalabalıkla o kadar etkileşirsin ve o kadar “kütleli” olursun.
Peki ama neden Higgs alanı ortaya çıktı? Neden bazı parçacıklar Higgs alanıyla çok etkileşirken diğerleri az etkileşiyor? Aslında bunların hiçbirinin cevabını bilmiyoruz.
Harvard Universitesi Fizik bölümünden teorik fizikçi Matt Stassler şöyle diyor: ” Neden Higgs alnınını bulduk kısmı sadece başlangıç, çünkü daha tonlarca sorumuz var. ”
Yeğin Kuvvet ve Siz
Higgs alanı, kendisinden küçük parçalara parçalanamayan elektronlar ve kuarklar gibi temel parçacıklara kütle verir. Ama Higgs alanının verdiği bu kütle evrende olan kütlenin çok küçük bir kısmıdır.
Geriye kalan kütle ise proton ve nötronların yapısında bulunur; ki onlar da kütlelerinin büyük kısmını yeğin (güçlü) kuvvetten alır. Bu parçacıklar, inanılmaz hızlarda hareket eden 3 kuarktan ve onları bir arada tutan yeğin kuvvetin taşıyıcısı glüonlardan (yapışkan) oluşur. Protonlara ve nötronlara asıl kütlelerini veren şey, kuark ile glüon arasındaki bu etkileşim enerjisidir. Unutmayalım, Einstein’ın ünlü E=mc² formülünde enerji ve kütle birbiriyle yakından ilişkilidir.
Proton iki adet yukarı kuark, bir adet aşağı kuarktan oluşurken nötron ise iki adet aşağı kuark ve bir adet yukarı kuarktan oluşur. Yukarı ve aşağı kuarkların kütleleri neredeyse aynıdır, ancak tam aynı değildir. Bu küçük fark sebebiyle nötronlar protonlardan biraz daha ağırdır. Bu küçük fark çok kritik öneme sahip. Çünkü nötronun protona bozunmasına yani dönüşmesine olanak sağlar. Aksi olsaydı bildiğimiz evren asla var olamazdı.
Peki ama Nötrinolar?
Nötrinolar, temel parçacık olsalar dahi kütlelerini Higgs alanından almazlar. Onların inanılmaz küçük kütleleri (elektrondan milyon kat daha hafif) vardır, yükleri yoktur ve maddeyle neredeyse etkileşmezler.
Bilim insanları nötrinoların bu kadar küçük kütlesini tam olarak anlayabilmiş değiller. Teorik fizikçilere göre eğer nötrinolar kendi anti parçacıkları olursa (Majorana Parçacığı) bu sorun çözülebilir. Bu seneryo doğruysa, nötrinoların kütlesi, 2012 yılında bulunan Higgs bozonundan değil başka bilmediğimiz bir alandan gelmiş olur.
Nötrinoların kütlesini verecek olan bu Higgs-benzeri alanın yükü olmamalı ve bütün evrene yayılmış olmalı. Ancak bu yeni parçacık alanın ne olduğu halen gizemini koruyor.
“İnsanlar bu olasılıktan dolayı heyecanlılar, çünkü bu Higgs fenomeni ile alakası olmayan yeni enerji skalasının varlığına işaret ediyor.” diyor Northwestern Üniversitesinden teorik parçacık fizikçi André de Gouvêa.
Bu yeni kütle kazandırma mekanizması, karanlık madde ile de alakalı olabilir. Nötrinoların Majorana parçacığı olup olmadığı, nötrinosuz çift beta bozunum deneyleri ile test edilmektedir.
Kaynak: symmetrymagazine.org
