Tanrı parçacığı: Higgs - Neo Skola Blog

Higgs yani popüler ismiyle “Tanrı parçacığı” nasıl bir parçacık? Şöyle düşünelim: Bir, iki tane metal plakaya gerilim uygularsak plakalar içinde bir elektrik alanı elde ederiz. Bunun gibi bir elektrik alanı düşünelim ama Higgs alanında plakalar  olmasın. Dolayısıyla bütün bu evren çok büyük potansiyelli bir Higgs alanıyla kaplı. Bu Higgs potansiyeli ilk ortaya atıldığında sadece varsayım niteliğindeydi. Böyle olması gerektiğine dair hiçbir ipucu yoktu ama standart modelin işleyebilmesi için böyle bir potansiyel olsa iyi olur diye düşündüler.

Şimdi yukarıdaki şekilde gördüğünüz potansiyel, Meksika şapkasına benziyor üç boyutlu düşündüğümüz zaman. Eğer Meksika şapkası değil de bir kuyu gibi olsaydı bu potansiyel, en düşük enerji seviyesinde bir alan şiddeti olmayacaktı. Oysa Meksika şapkası gibi olunca, en düşük enerji seviyesinde de bir alan mevcut. İşte bu Higgs alanı ve bunun kendiliğinden simetrik kırılmasıyla Higgs alanının, bu Meksika şapkasının herhangi bir tarafına düşebilir enerji sistemler.

Kuantum ve simetri

Simetri kırılmalarından çok detaylı bahsetmedik ama simetri kırılması kendiliğinden olan bir şey. Mesela bir kurşun kalemi bir masaya koyduğunuz zaman bıraktığınızda mutlaka bir tarafa devrilecek, bir tarafa simetrisi kırılacak. Bunun, masanın üstünde durmasının hiçbir olanağı yok. Bütün kuantum hesaplarını göz önüne alırsanız, ne kadar ince uç koyarsanız, ne kadar hassas bir şekilde koyarsanız koyun işte birkaç saniye en fazla dayanabilir. Mutlaka bir yere çökmek zorunda. Bu da kuantumun özelliğinden biri. Kuantum, Heisenberg belirsizlik ilkesinin de temellerinden, sonuçlarından biri. Yani kalemi dik tutmak mümkün değil. Şimdi bunun gibi de var olan sistem, fiziksel sistem bu Higgs alanının bir tarafına düşmek zorunda. Ve Higgs alanının titreşimi işte Higgs parçacığı dediğimiz şey. 

Genetik çeşitlilik nedir?

Evet, Higgs önemli bir parçacık çünkü diğer parçacıklara kütle kazandırıyor. Ama bizim kütleli olmamızın nedeni Higgs değil, onu vurgulayalım. Kuarkların kütle kazanmasını nedeni Higgs. Protonların içinde kuarklar vardır ama kuarkların kütleleri, protonun kütlesinin binde biri kadar. Ancak bağlanma enerjisi var (fisyon ve füzyon enerjisi). Parçacıklar bir araya geldiğinde de enerji kazanıyorlar, parçalandıklarında da. Dolayısıyla protona kütle kazandıran aslında kuarkların bağlanma enerjisi. Yani bizim kütlemiz de protonlar ve nötronlardan geliyor. Ama kuarklar tabii kütlesiz olsa biz de kütlesiz olacaktık. Dolayısıyla kuarklara ve diğer W-Z bozonlarına kütle kazandıran, Higgs parçacığı.

Higgs’i nasıl saptıyoruz?

Diğer parçacıkları saptadığımız gibi Higgs’i direkt olarak göremeyiz. Hiçbir bozonu direkt olarak göremiyoruz aslında. Bunlar sanal parçacıklar olarak etkileşime girip kayboluyorlar ve başka parçacıklara bozunuyorlar. Higgs parçacığını gözlemek için de, onun bozunduğu başka parçacıkları gözlemek durumundayız.

İşte CERN’de yapılan deneyler böyle deneyler. Örneğin şekilde gördüğünüz, Higgs’in iki fotona bozunması. Burada Higgs’i direkt olarak gözleyemiyoruz. Ancak Higgs olmasaydı, bu bozunumun grafiği sağda gördüğünüz gibi düz çizgi olarak aşağı inecekti. Ancak Higgs olduğu için bir rezonans görüyoruz, bir tepe görüyoruz. İşte bu Higgs’in varlığını ispatlıyor aslında. Higgs ve diğer bütün bozonların, diğer rezonans parçacıklarının da varlıkları böyle saptanıyor. Ama bütün bu ölçümler kuramlarla uyuşuyor ve çok tutarlı bir kuramımız var. Higgs de aslında standart modelin bir kuramı. Ancak daha önce bahsettiğim pek çok sorunu var standart modelin ve o yüzden standart model ötesi modeller test ediliyor CERN’de. Böylece bu modeller test edildikçe evrenin tarihine ilişkin daha çok şeyler öğrenmiş oluyoruz.

* Bu yazı Kerem Cankoçak’ın Neo Skola için hazırladığı Evrenin Kısa Tarihi eğitiminden derlenmiştir.