En az 66 bin “yottayıl”; evrenin yaşından 5 milyar “kentilyon” fazla…
İtalya’da bir yeraltı gözlemevindeki fizikçiler, elektronun gerçekten temel bir parçacık olup olmadığını belirlemek için yapılan deney sonunda, bu parçacığın “herhalde” kararlı, yani bozunamaz olduğu sonucuna vardılar. Bulgulara göre elektronun ömrü için alt sınır, metrik sistemdeki en yüksek ondalık birimden on binlerce kat daha uzun! Bu, evrenimizin 13,8 milyar olan yaşının milyar kere milyar katına karşılık geliyor.
Parçacık fiziğinin “anayasası” denebilecek olan ve atomaltı ölçeklerde etkileşen parçacıklar ve kuvvetleri açıklayan Standart Model adlı kurama göre elektron, daha alt parçacıklardan oluşmayan yani parçalanıp bozunmayan temel parçacıklar arasında yer alıyor. İtalya’daki Gran Sasso yeraltı parçacık fiziği laboratuvarında yapılan deneyi yürüten araştırmacıların vardıkları sonuç, evrenimizde var olan herhangi bir elektronun, en az 66.000 “yottayıl” (6,6 x 1028 yıl), bir diğer ifadeyle 660.000.000.000.000.000.000.000.000.000 yıl sonra da var olacağı. Metrik sistemdeki en büyük ondalık birim olan Yotta, 1024 sayısına (trilyon kere trilyon) karşılık geliyor. Bu da evrenimizin 13,8 milyarlık yaşının 5 kentilyon katı demek (1 kentilyon = 1018 ya da 1000.000.000.000.000.000).
Sıfırları tekrar tekrar saymaktan başınız dönmediyse devam:
Daha ayrıntılı anlatımıyla Gran Sasso araştırmacılarının yaptıkları deney, elektronun bir foton ve bir nötrinoya bozunup, elektrik yükünün korunumu ilkesini ihlal ederek Standart Model’in ötesinde yeni bir fiziğin işaretini verip vermediğini görmeye yönelik. Standart Model’de, temel doğa kuvvetlerinden elektromanyetik kuvveti taşıyan parçacık, daha basit deyimiyle “ışık parçacığı” olan foton, kütlesiz bir parçacık. Nötrino ise temel doğa kuvvetlerinden (atom çekirdeklerindeki parçacıkları birbirine bağlayan) “güçlü kuvvet”le, elektrik yükü taşımadığı için elektromanyetik kuvveti hissetmeyip, yalnızca (atomların ve atomaltı parçacıkların başka atom ve parçacıklara dönüşmelerine yol açan) ”zayıf kuvvet”ten etkilenen, çok küçük kütleli bir parçacık.
Borexino Detektörü
İtalya’da Gran Sasso dağının altında, yüzeyden 1,4 km derinlikte kurulu dedektörün asıl görevi, Güneş’in merkezindeki farklı füzyon tepkimeleriyle ortaya çıkan nötrinoları ayırt edebilmek. Detektörün üzerindeki 1,4 km kalınlıktaki kaya blok, kozmik ışınlardan kaynaklı müon akısını büyük ölçüde frenlemiş. Müon akısını daha da düşürmek için küre biçimli “iç detektör”, içi 2100 ton saf suyla dolu ve 208 ışık sensörü (ışık yükselteci) ile donatılmış, 16,9 m yükseklikte ve 18 m çapında kubbeli bir silindir biçimli “dış detektör” ile korunuyor. Bu kalkan, kaya blokundan geçebilen kozmik parçacıkların yol açtığı Çerenkov ışınımını sensörler ile belirleyerek bunların ayıklanmasını sağlıyor; ayrıca kaya bloktaki radyoaktif bozunmalardan çıkan nötronları da soğuruyor.
İç detektördeyse, iç içe küre şeklinde iki naylon kılıf içinde organik sıvılar bulunuyor. Dış kılıftaki 200 ton sıvı, dış kalkandan geçen istenmeyen parçacıkları yakalayan ek bir kalkan görevi yaparken, 100 ton organik sıvıyla dolu ve 2212 sensörle çevrili iç kılıfta da, nötrino etkileşimlerinin yol açtığı Çerenkov ışınımının özelliklerine bakılarak nötrinoların hangi tepkimelerden kaynaklandığı belirleniyor.
Elektron, bilinen fiziğe göre negatif elektrik yükünü taşıyan en küçük kütleli parçacık. Dolayısıyla, bozunabilir olması halinde nötrinolar gibi daha da düşük kütledeki parçacıkların ortaya çıkması lazım. Ama yukarıda belirtildiği gibi kütlesi elektrondan küçük parçacıklardan hiçbiri elektrik yükü taşımadığından, olası bir bozunma durumunda elektronun yükünün de “kaybolması” gerekiyor ki, bu da elektrik yükünün korunumu ilkesinin ihlali anlamına geliyor. Dolayısıyla Standart Model’de elektron, bozunamaz bir temel parçacık sayılıyor. Ancak, Standart Model, deneylerle doğrulanan başarılı öngörülerine karşın fizikteki olguları açıklamakta tümüyle yeterli değil. Dolayısıyla bir elektron bozunması olayının bulunması doğanın yeni ve daha tutarlı bir resminin elde edilmesini sağlayacağından, araştırmacılar bu bozunmanın peşine düşmüşler.
Çerenkov Işıması
Keşfin sahibi Rus fizikçi Pavel Alekseyevich Cherenkov’un adıyla “Çerenkov Işıması” diye adlandırılan olgu, boşlukta (vakum) saniyede 300.000 km hızla hareket eden ışığın, daha yoğun ortamlarda (Örn; hava, su, cam vb.) daha yavaş hareket etmesi ve elektrik yüklü parçacıkların, yoğun ortamdaki ışığın hızından daha hızlı giderken ışınım yaymaları ilkesine dayanıyor. Nötrino detektörlerinde, nötrinoların, depodaki sıvı içinde son derece ender olarak bir atomla çarpışıp etkileşmesinde ortaya çıkan negatif elektrik yüklü parçacıklar (genelde elektronlar) ya da kozmik ışınların (genelde ışık hızına yakın hızda protonlar) atmosferdeki moleküllerle çarpışması sonucu ortaya çıkan ve elektronun daha ağır bir türü olan müonlar, sıvı içinde “ışığın o ortam içindeki hızından daha hızlı olarak” yol alırken artlarında bıraktıkları türbülans, düzgün fazda bir şok dalgası halinde ışıma yapar. Çerenkov ışınımı denen bu ışınım da özel ışık sensörlerince belirlenebilir.
İşaretçi Fotonun Peşinde
Araştırmacıların deney için kullandıkları araç, Gran Sasso laboratuvarının altında, kozmik ışınlardan korunması için bir dağın altında yaklaşık 1,5 km derinde inşa edilmiş bir detektör. Aslında Güneş’ten gelen nötrinoları yakalayıp incelemek için kurulmuş. Basit anlatımıyla, 300 ton organik (karbon içeren) sıvıyla dolu ve “Çerenkov Işıması” denen özel bir ışığı belirleyip şiddetini artıran 2212 ışık yükselteciyle çevrili iç içe iki küreden oluşuyor.
Gran Sasso ekibinin aradığı, varsayımsal bir elektron bozunması durumunda bir nötrinoyla birlikte ortaya çıkacağı öngörülen 256 keV (256 bin elektronvolt) enerjide bir foton. Bu fotonun, sıvıdaki elektronlardan biriyle etkileşime girmesi halinde ışık sensörlerinin yakalayacağı, Çerenkov Işıması denen bir ışığın ortaya çıkması gerekiyor.
Fizikçiler, 2012 Ocak ayından, 2013 Mayıs’ına kadar olan sürede ışık sensörlerinin yakaladığı sinyalleri tarayarak 256 keV enerji düzeyindeki fotonları aramışlar. Ancak, detektör içinde radyoaktif bazı maddelerin bozunmasından ya da nötrinoların sıvıdaki atomlarla etkileşiminden kaynaklanan bu enerjideki tüm fotonların belirlenip çıkarılmasından sonra, bu süre içinde hiçbir elektron bozunması işareti gözlenmemiş. Borexino detektöründeki organik sıvıda 1032 (100 katrilyon kere katrilyon) elektron bulunduğu hesaplandığından, araştırmacılar bir elektronun “ortalama” ömrünün minimum değerinin 6,6 X 1026 yıl olduğu sonucunu çıkarmışlar.
Borexino araştırmacılarına göre detektördeki yabancı ışınım kaynaklarının daha da perdelenebilmesi halinde elektronun minimum yaşam süresi 1031 yıla yükselebilir. İyileştirmeden sonra detektör ayrıca elektronların olası “ilave boyutlara” kaçarak kaybolması olasılığı da araştırılabilir.
REFERENCES
- 1. “Electron lifetime is at least 66,000 yottayears”, Physics World, 9 Aralık 2015
- 2. “Real-time solar neutrino spectroscopy atlow energies”, Max-Planck-Institut für Kernphysik, (Particle & Astroparticle Physics), https://www.mpi-hd.mpg.de/lin/research_bx.en.html
- 3. “Electron”, Wikipedia, https://en.wikipedia.org/wiki/Electron