Herhangi bir sıradan nesneyi, örneğin bir kahve fincanını alıp ikiye bölün sonra tekrar ikiye bölün ve bölmeye devam edin, nereye varırdınız? Sonsuza dek devam edebilir miydiniz? Yoksa her şeyin yapı taşı olan bölünemez parçalar mı bulurdunuz? Fizikçiler ikincisini, yani maddenin evrendeki en küçük şey olan temel parçacıktan yapıldığını buldular. Parçacıklar “Standart Model” adlı teoriye göre birbirleriyle etkileşime geçerler. Standart Model, çok güzel ve bölünemez olan garip kuantum dünyasının ve sınırsız sayıdaki küçük parçacıkların bir kapsüllemesi. Ayrıca parçacıkların hareketlerini kontrol eden gücü etkileşimlerini ve dünyaya şekil vermek için birbirlerine bağlanmalarını içeriyor.
Peki, nasıl çalışıyor?
Fincandaki kırık parçalara yakınlaşınca atomlardan meydana gelip bağlanan moleküller görürüz. Molekül her bir kimyasal bileşiğin en küçük birimidir. Atom, periyodik tablodaki her elementin en küçük birimidir. Ama atom maddenin en küçük birimi değildir. Deneyler gösterdi ki her bir atomun çekirdekten de ufak olan ve elektron bulutu tarafından çevrilmiş küçücük ve yoğun çekirdeği var. Bildiğimiz kadarıyla elektron evrenin bölünemez temel yapı taşlarından biri. Elektron, keşfedilmiş ilk Standart Model parçacığı. Elektronlar, elektromanyetizma yoluyla atomun çekirdeğine bağlanırlar. Elektronlar, elektromanyetik kuvvet taşıyan ışığın miktarı olan ve Standart Modelin temel kuvvetlerinden biri olan foton parçacıklarını değiş tokuş ederek birbirlerini çekerler. Çekirdek proton ve nötron taşıdığı için ortaya çıkarılacak daha çok sırrı var.
Başta kendilerine ait temel parçacıkları olduğu düşünülse de 1968’de fizikçiler, aslında protonların ve nötronların bölünmez olan kuarklardan oluştuğunu buldular. Bir proton, iki “yukarı” kuark ve bir “aşağı” kuark içerir. Bir nötron, iki aşağı kuark ve bir yukarı kuark içerir. Çekirdek, Standart Modelin bir başka temel kuvveti olan baskın kuvvet tarafından bir arada tutulur. Fotonlar elektromanyetik kuvvet taşıdığı gibi Glüon adındaki parçacıklar da baskın kuvvet taşırlar. Elektronlar, yukarı kuark ve aşağı kuarklarla birlikte tek ihtiyacımızın atom oluşturmak olduğunu gösterirler,bu da normal maddeyi tanımlar. Yine de yüksek enerji deneyleri esasında her biri altı tane olan yukarı ve aşağı, garip ve tılsım, alt ve üst kuarklar olduğunu ortaya koyuyor ve çok miktarda yığınlarla içeri giriyorlar. Aynı şey müon ve tau adında daha ağır kardeşleri olan elektronlar için de bulundu.
Neden her bir parçacığın üç tane, yalnızca üç farklı versiyonları var?
Bu gizemini koruyor. Bu ağır parçacıklar yalnızca yüksek enerji çarpışmalarında çok kısa anlar için üretilirler ve günlük yaşamda görünmezler. Çünkü daha hafif partiküllere çok çabuk parçalanırlar. Bu parçalanmalar W ve Z adında yığın içeren kuvvet taşıyıcı parçacıkların, fotonun aksine, değiş tokuşunu gerektirir. Bunlar Standart Modelin son kuvveti olan zayıf kuvveti taşırlar. Aynı kuvvet protonlara ve nötronlara birbirlerine dönüşme olanağı da verir, bu da füzyon etkileşimlerinin güneşi yönlendiren hayati bir parçasıdır. W ve Z’yi direkt gözlemlemek için parçacık hızlandırıcısıyla sağlanan yüksek enerji çarpışmalarına ihtiyacımız var. Nötrino adında başka bir Standart Model türü var. Bunlar diğer parçacıklarla sadece zayıf kuvvet yoluyla etkileşime geçerler. Birçoğu güneş yoluyla oluşan trilyonlarca nötrino her saniye bize doğru uçuşur. Zayıf etkileşimlerin ölçümleri farklı türden nötrinoların elektron ile, müon ile ve tau ile ilişkilendirilmiş olduğunu ortaya koydu.
Tüm bu parçacıkların karşıt yükü olan, fakat özdeş olan karşıt versiyonları var. Madde ve karşıt madde parçacıkları yüksek enerjiyle çift halinde üretilirler ve karşı karşıya gelince birbirlerini imha ederler. Standart Modelin son parçacığı evrenin arka enerji sahasında bir kuantum dalgacığı olan Higgs bozonu. Bu sahayla etkileşimde olmak tüm temel madde parçacıklarının Standart Modele göre nasıl yığın elde ettiklerini gösteriyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında yapılan ATLAS Deneyi Standart Modeli derinlemesine inceliyor. Parçacıkların hassas ölçümlerini ve evreni bir araya getiren kuvvetleri ele alarak ATLAS fizikçileri, Standart Modelin açıklamadığı gizemlerin yanıtlarını arayabiliyorlar. Örneğin; yer çekimi bu duruma nasıl uyum sağlıyor? Taşıyıcı güçlerle madde parçacıkları arasındaki gerçek ilişki ne? Evrendeki yığının çoğunluğunu oluşturan ama ne olduğu yanıtsız kalan “Karanlık Madde”yi nasıl tarif ederiz?
Standart Modelin dünyamız için güzel bir açıklaması olsa da hâlâ keşfedilmeyi bekleyen ve evrenin değeri kadar çok sayıda olan gizem var.
