Paralel Evren Görünmedi; Aramaya Devam


Raşit Gürdilek

Ne kadar uzağımızda dersiniz?

Paralel bir evrenden Dünyamıza ulaşacak parçacıkları saptamak üzere yürütülen bir deneyin, somut sonuçlar vermemesine karşın evrenler arasındaki mesafe konusunda çıkarımlar sağladığı açıklandı.

Atomaltı ölçeklerde etkiyen ve kuantum mekaniğince açıklanan şiddetli ve zayıf çekirdek kuvvetleri ve elektromanyetizma ile genel görelilik kuramının açıkladığı kütleçekimi arasındaki uyumsuzluğu gidermek amacıyla geliştirilen “kuantum kütleçekim” kuramlarından bazıları, farkında olduğumuz üç uzay boyutu ile zaman boyutunun ötesinde ilave boyutların varlığını öngörüyorlar. Bunlar evrenimizi çok boyutlu bir uzay yapısı içinde dört boyutlu bir yüzey ya da zar (brane) olarak değerlendiriyorlar; tıpkı tanıdığımız üç uzay boyutu içinde yer alan iki boyutlu bir kâğıt parçası gibi.

Evrenimizle ilgili standart kozmoloji kuramında, kendisini ortaya çıkaran Büyük Patlama’nın ilk anlarında geçirdiği “şişme” süreciyle muazzam ölçeklerde genişlemesi nedeniyle evrenin neredeyse sonsuz boyutta bir çapa sahip bir küre gibi düzleştiği varsayılıyor.

Kuantum kütleçekim kuramlarına göre, zar evrenlerin, çok boyutlu uzay içinde birbirlerinden belli mesafelerde üst üste dizili olabilecekleri düşünülüyor; ancak başka zar evrenlerin varlığını gösteren deneysel kanıtlara ulaşılabilmiş değil.

Üzerinden olmazsa içinden...

Yine de, Belçika’daki Namur Üniversitesi’nden fizikçi Michaël Sarrazin ile, Belçika Seramik Araştırmaları Merkezi’nden Fabrice Petit, 2010 yılında geliştirdikleri bir kuramsal modelde, bir zar evrene hapsolmuş parçacıkların kuantum mekaniğine  ait bir olgu olan “tünelleme” yoluyla zaman zaman komşu bir zar evrene geçebileceklerini göstermişlerdi. Kuantum mekaniğinin yaşadığımız büyük boyutlu “klasik” dünyadaki gözlem ve deneyimlerimizle, bunlara koşulu mantığımıza ters gelen özelliklerinden biri olan bu olguya göre bir parçacık, bir enerji bariyerinin üzerinden aşabilecek enerjiyi taşımasa bile önünde hiçbir şey yokmuş gibi engelin içinden geçebiliyor.

Araştırmacılara göre elektrik yükü taşımayan nötronlar paralel evrenin etkisiyle tünelleme yapmaya daha yatkın, çünkü elektromanyetik etkileşimler, proton ve elektron gibi elektrik yükü taşıyan parçacıkların tünelleme yapmasını önleyebiliyor.

Helyum-3 burada da hizmetinizde

Sarrazin ve Petit, Namur Üniversitesi ile Fransa’daki Grenoble Üniversitesi fizikçileriyle işbirliği yaparak öngörülerini sınamak için bir deney oluşturmuşlardı. Deney, Grenoble’da Institut  Laue-Langevin’de (ILL) bulunan nükleer reaktörün birkaç metre uzağına yerleştirilen bir helyum-3 dedektörüyle yakaladığı nötronların sayılması üzerine kurulu. Normalde helyum (helyum-4) atomunun çekirdeği, iki proton ve iki nötrondan oluşur. Helyum-3 izotopunun çekirdeğiyse iki proton ve bir nötrondan oluştuğu için ortamdaki serbest nötronlardan birini yakalama eğilimi yüksek. Helyum-3 çekirdeği bir nötron yakaladığında da tepkime sonucu hidrojenin trityum denen ve bir protonla iki nötrondan oluşan ağır ve radyoaktif bir izotopuyla, bir proton ortaya çıkıyor ve 0,764 milyon elektronvolt (MeV) ölçeğinde enerji yayılıyor. Tepkime ürünleri “oran sayacı” ya da Geiger sayacı tarafından saptanabiliyorlar. Böylece, reaktörden çıkan nötronlardan kaç tanesinin dedektöre yakalandığı belirlenebiliyor.

Komşuya bir uğrayıp geleyim...

Deneyin dayandığı hipoteze göre, yine kuantum mekaniğine özel ”bir parçacığın aynı anda farklı yerlerde olabilme” olgusu uyarınca reaktörden çıkan nötronlar aynı anda hem bizim zar evrende hem de komşu zar evrende bulunma özelliği taşıyorlar ve reaktör kalbini çevreleyen (nötron yavaşlatıcı) ağır su (bir oksijen atomunun yanı sıra iki hidrojen atomu yerine yine ağır bir hidrojen türü olan iki döteryum atomu içeren moleküllerden oluşan) içindeki çekirdeklerle çarpıştıklarında, bu iki kuantum durumundan birine “çöküyorlar”.

Yine hipoteze göre, reaktörden çıkan nötronların büyük kısmı bizim zar evrenimizde kalırken, küçük bir bölümü de komşu evrene giriyor. Bunlar, kendi evrenimizdeki nötronların aksine, reaktörden kaçabiliyorlar, çünkü yavaşlatıcı su ve onu çevreleyen beton zırhla son derece zayıf etkileşiyorlar.  

Ancak, araştırmacılara göre dalga fonksiyonlarından birine ilk çöküş sırasında, komşuya kaçan nötronların dalga fonksiyonlarının çok küçük bir bölümü bizim evrende var olmaya devam ettiğinden, kaçanlar dedektördeki helyum çekirdekleriyle çarpışarak evrenimize yeniden dönerek dedektörde belirlenebilirler.

Sarrazin ve Petit, reaktör binasında deney düzeneğine yakın ekipmandan çıkan “art alan” nötron akısını sınırlayabilmek için dedektörü çok katmanlı bir zırhla çevirmişler. En dışta bulunan 20 cm kalınlığındaki bir polietilen (plastik köpük) katman, önce hızlı nötronları yavaşlatıyor (Çünkü polietilende yoğun olarak bulunan hidrojen atomlarının çekirdeğini oluşturan protonlar, nötronlarla aşağı yukarı aynı kütleye sahip olduklarından, çarpışma, saçılan nötronun hızını kesiyor). Daha içeri yerleştirilen bordan yapılı bir kutu da yavaşlatılmış nötronları yakalıyor. Bu zırh sayesinde normal art alan nötron akısı milyonda bir düzeyine kadar indirilmiş.

Orada duruyorlar, ama...

Geçen yılın Temmuz ayında deney düzeneğini beş gün süreyle çalıştıran araştırmacılar, dedektörde az, ama yine de önemli sayılabilecek sayıda “olay” belirlemişler. Ancak, bunların art alan kaynaklı olabilecekleri ihtimalini dışlayamadıklarından, geri dönen kayıp nötronlar olduğu savında bulunamıyorlar.

Ancak deney, daha önceki hesapların 15.000 katı bir duyarlılıkla, bir nötronun paralel bir evrene girmesi olasılığı için yeni bir üst sınır belirlenmesini sağlamış: 2 milyarda 1.

Bu üst sınır da, araştırmacılara göre paralel evrenler arasındaki uzaklığın ne kadar olabileceğini gösteriyor. Kuantum mekaniğinde en kısa uzaklık birimi olan (1,6 X 10-35 m ya da metrenin yaklaşık katrilyonda birinin katrilyonda birinin yüz binde biri) değerindeki “Planck uzunluğu”nun 87 katı.

Sarrazin ve Petit, önümüzdeki yıl ILL’de gerçekleştirmeyi planladıkları daha uzun ve daha duyarlı deneylerle saklı evrenler konusunda daha belirgin kanıtlar elde edebilmeyi umuyorlar.

Bu arada belki siz de verilen uzaklık değerinden yola çıkarak farkında olmadan kaç paralel evren içinde yüzüyor olduğumuzu hesaplayabilirsiniz...

KAYNAKLAR

  • 1. “Parallel-universe search focuses on neutrons”, Physics World, 10 Mayıs 2016