Gece gökyüzüne baktığımızda
gördüğümüz ışık parçalarından gözlerimiz kamaşırken aynı zamanda rahatlamış hissederiz
Yıldızlar
gezegenler
galaksiler
ve ay
ancak ölçüm araçları geliştikçe
astronomlar orada başka bir şey daha olduğundan
şüphelendiler
saklanan bir şey
karanlık alanlarda
onu göremiyoruz
hissedemiyoruz ya da dokunamıyoruz
ama o orada
ışığı yaymayan ya da yansıtmayan
oldukça gizemli bir madde
onu tanımlamanın tek yolu var
karanlık madde
çok yoğun
çekim gücü
uzaydaki en parlak ve muazzam objeleri etkilemekte
çok güçlü
tek başına ışığın yönünü değiştirebiliyor
uzayda göze çarpandan çok daha fazlası olduğunun naçizane hatırlatıcısı
bu gizemli maddeyi anlamak için
dünyadaki bütün fizikçiler
atom altı dünyada var olduğunu düşündükleri
oldukça hayali bir parçacığın peşine düştüler
Burası CERN
parçacık fiziği çalışmalarının Avrupa merkezi
dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısının yuvası
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı
yeraltının derinliklerinde gizlenen Büyük Hadron Çarpıştırıcı
bu gizemli parçacığı hayata getirecek yeterli güce sahip
dünyadaki tek yer
27 kilometre, yani 17 millik çevre uzunluğuyla
Fransa ve İsviçre'nin sınırlarını aşmakta
Çarpıştırıcının tüneline girdiğimizde
dünyanın en hızlı takibini doğrudan deneyimleyeceğiz
burada, ışın borusunun içinde
proton isimli parçacıklar ışık hızına yakın hızlara ulaşmaya itiliyor
bazıları tam önlerinden giden diğer protonlar ile çarpışacak
bütün bu takip karanlık maddeyi şekillendirecek yeni bir çeşit temel parçacık için
Şimdiden Büyük Hadron Çarpıştırıcı
hikayemize önem katan inanılmaz bir keşif yaptı
Kısa bir süre önce CERN'de henüz geçen 4 Temmuz'un havai fişekleri patlarken
bilim insanları bir parçacığın keşfini duyurdular
Higss Bozonu
Fizikçiler bu parçacığı 50 yıldır araştırıyorlardı
kuramcılar bütün temel parçacıkların kütle kaynağının
bu parçacığın varlığına ihtiyacı olduğunu göstermişlerdi
Elektron ve kuarklar gibi parçacıklar kütlelerini Higgs alanından geçerken kazanırlar
karanlık maddeyi oluşturan parçacık da öyle olabilir
Artık Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın araştırmaları karanlık maddenin kendisine döndü
Astrofizikçiler evrendeki kütlenin 80%'den fazlasının karanlık madde içerdiğini kanıtladılar.
Bu, evrendeki kütlenin çoğunu nasıl keşfettiğimizin şaşırtıcı hikayesi...
...sıradışı, görünmez bir biçimde.
Karanlık madde zamanın başından beri çevrede...
...en başından beri
Evrenimiz sıcak, yoğun, taşkın bir enerji formunda doğdu
ve hayal etmesi güç oranda genişledi.
kısa bir an sonra ise
enerji evrenimizin ilk parçacıklarına dönüştü
Kuarklar adı verilen küçük parçacıklar
protonları ve nötronları oluşturdu
bunlar elektronlar ile birleşerek ilk atomları oluşturdu
atomlar ise
fiziksel objeleri oluşturan cisim olan bilinen maddeyi ortaya çıkardı
Şartlar sakinleşince ve uzay genişleyince
Karanlık Madde'nin kütlesi tutamlar halinde birleşti
bu tutamlar evrende görünmeyen bir iskelet oluşturdu
yüzlerce ve milyonlarca yıl boyunca
Karanlık Madde'nin kütlesinden çıkan çekim gücü öyle kuvvetliydi ki
sıradan kütleyi etin kaburgaya kenetlenmesi gibi kendine çekti
ve evrenin dolaşık halini oluşturdu
ilk galaksiler bu lif biçimlerinin kesişimlerinde gelişti
galaksiler diğer galaksilerle çakışarak
süper galaksi kümelerini oluşturmak üzere birleştiler
Sayısız galaksi kara maddenin çekimiyle birbirine yaklaştı
işte oradan, bugünkü haliyle bildiğimiz evrenin yapısını oluşturdular
karanlık madde olmadan ne yıldızlar, ne galaksiler, ne gezegenler, ne de hayat olurdu
karanlık madde olmadan biz de varolmazdık
Etkisinin izleri nihayet astronomlara gözüne çarpana kadar karanlık madde bin yıllarca gözlerden uzak kaldı
İlk kişi 1930'larda Caltech Enstitüsü'nde çalışmış olan İsviçreli bilim adamı Fritz Zwicky idi
Zwicky teleskopunu içinde bulunduğumuz Samanyolu'ndan
çok da uzak olmayan bir grup galaksi üzerine çevirdi
binlerce galaksiden oluşan bu kalabalık ağ
Coma kümesi olarak bilinmekteydi ve
Zwicky'nin görevi kütlesini tespit etmekti
bunu kümenin parlaklığını...
...ve kümenin içinde, yörüngedeki galaksilerin hızını ölçerek yapabildi
Zwicky galaksilerin beklediğinden çok daha hızlı hareket ettiğini keşfetti...
...özellikle de, kümenin içinde parlaklık olarak belirtilen kütle dikkate alındığında.
Bu hızlarda, gözle görülen kütle kümeyi bir arada tutmak için yeterli değildi
Zwicky 'nin kuramı, galaksileri kümenin içinde bir arada tutan
gizli, görünmez bir maddenin olması gerektiği ile ilgiliydi
bu maddeye karanlık madde adını verdi
Ancak bazı fikirler zamanlarının ötesindedir
Zwicky'nin devrimsel bulguları büyük ölçüde göze çarpmadı
ta ki 40 yıl sonra astronom Vera Rubin
galaksilerdeki yıldızların yörünge hızlarını ölçene kadar
Gözlemedikleri onu şaşırttı ve aklını karıştırdı
Newton'un çekim kuvveti yasasına göre
güneşin güçlü kütlesi bir yer çekimi yaratmakta
ve böylece kendisine yakın gezegenler dışarıdaki gezegenlerden daha hızlı dönmektedir
Yıldızların bir galaksi merkezinin yörüngesinde dönmelerinin, gezegenlerin güneşin yörüngesine oturmasıyla olan benzerliğinden yola çıkarak,
Rubin yakındaki Andromeda Galaksisi'ni gözlemlediğinde benzer hız örüntüleri görebileceğini düşündü
Ancak gördüğü
tamamen farklıydı
galaksinin merkezinden uzak olan yörüngedeki yıldızlar
daha yakındakilerle aynı yüksek hızlarda ilerliyordu
bu durum içerideki gezegenlerin dışarıdakilere göre daha hızlı hareket ettiği bizim güneş sistemimizdeki hızlara hiç benzemiyordu
büyük bir şey tarafından yeterli çekim gücünün olmadığı bu inanılmaz hızlarda
yıldızlar kontrolden çıkarak
uzaya doğru savrulmalıydı
Bir şey Andromeda Galaksisi'ni bir arada tutuyordu
bu ne olabilirdi?
Rubin ve takımı galaksinin uçlarına ve ötesine uzanan
garip, görünmez bir kütle olduğunun sonucuna vardılar
sanki görünmez bir bulut
yıldızları bir çeşit yapıştırıcıyla bir arada tutmaktaydı
bu karanlık madde halelerinin görsel kanıtlarını
evrenin diğer kısımlarında da görebiliriz
karanlık maddeye ait en çarpıcı kanıtları
astronomların kurşun kümesi olarak adlandırdığı bir gök yapısında görebiliriz
Astronomlar küme içindeki galaksilere yakından baktıklarında
görünmez bir şeyden kaynaklanan, hemen göze çarpmayan biçimsel bozukluklar gördüler
şüpheli karanlık madde
Astronomlar uzayda x-ray telescopu kullanarak
kümeye ismini veren kurşun şeklindeki, yıldızlararası büyük sıcak gaz yoğunluklarını
tespit etmeye çalıştılar
Kurşun kümesi, iki galaksi kümesinin çarpışmasıyla oluşmuştu
Zamanda geriye yolculuk yapabilseydik
çarpışmadan önce iki ayrık kümenin
ikisinin de kendi karanlık madde bulutuyla çevrelenmiş olduğunu görürdük
iki galaksi kümesi çarpıştığında
karalık madde bulutları birbirlerinin içinden geçtiler
pembe ile gösterilen yoğun gaz ve toz bulutları ise
birbirlerini merkeze doğru itti
Hiçbir şey ile etkileşmeden bir gök ada çarpışmasının doğrudan içinden geçebilen
bu karanlık madde nedir?
Uzayda seyahat eden bunun gibi bir karanlık madde parçacığı
önünde hiçbir şey bırakmayacaktır
Karanlık madde sadece dış uzayda değildir
o her yerdedir
Karanlık madde şu an, bütün çevremizdedir
Bir elinizi kaldırırsanız
bir an sonra milyonlarca karanlık madde parçacığı
elinizin içinden geçip gidecektir
görmediğiniz ya da hissetmediğiniz parçacıklar
Aslında
biz konuşurken, milyonlarca farklı atomaltı parçacık odada uçuşuyor
Burası Güney Dakota'da yer alan Homestake madeninin girişi
karanlık madde parçalarını diğerlerinden ayırmak için en iyi yer
Karanlık madde parçacıklarını yalıtmak için
fizikçiler yerin derinliklerinde deneyler yürütmekte
burada çoğu sıradan parçacık yol alamıyor
ama karanlık madde parçacıkları bunu yapabiliyor
Her sabah bir düzine bilim insanı
devasa büyüklükteki bir asansör boşluğunda ilerliyor
yerin 1500 metre altında, yaklaşık bir mil derinlikte
amaç dünyadaki en hassas karanlık madde algılayıcısıyla çalışmak
Bu terk edilmiş maden tünellerinin bulunduğu yeraltı labirentinde buldukları
tüm evreni görüş biçimimizi değiştirebilir
Bu, bir zamanlar başarılı altın madeniydi
şimdi ise, maden işçilerinin altın aramaları yerine
burada çalışan fizikçiler bulunması çok daha zor bir maddeyi arıyorlar
karanlık maddeyi
Burası Sandford yeraltı araştırma tesisi
burada büyük yeraltı ksenon (xenon) karanlık madde deneyini buluyoruz
tesisin isminin kısaltması LUX
sıvı ksenon ile dolu bu depo
ilk karanlık madde parçacığının görünüşüne tanık olmak için kusursuz bir tiyatro olacak
Karanlık maddeyi saptamada kullanılacak kapan
ksenon atomunun çekirdeği olacak
karanlık madde parçacığı çarptığında
çekirdekten bir ışık parlaması çıkacak
ya da elektronları serbest bırakacak
bu etkileşimler algılayıcının alt ve üstünde bulunan alıcılar tarafından kaydedilecek
Her türlü karanlık madde etkileşimi nadir olsa da
fizikçiler yakında birini göreceklerini umuyorlar
Dünyanın diğer tarafında
başka bir grup fizikçi
kendi karanlık madde parçacıklarını yaratmak üzerinde çalışıyorlar
Burada, CERN'de çalışıyorlar
parçacık fiziği çalışmaları alanında dünyanın en büyük araştırma merkezi
İsviçre'nin Cenevre kentinin dışında bulunuyor
Burada, birçok milletten binlerce bilim insanı
insanoğlunun maddenin doğasıyla ilgili sorduğu en karmaşık ve asırlık soruların
cevaplarının izlerini sürmek için bir araya geldi
CERN'in 450 hektar, 2 kilometre karelik kampüsüne yayılan arazisinin
ormanlar ve çiftliklerle çevrili bu Avrupa kırsal alanının arkasında
dünyanın en büyük ve karmaşık makinesi yatmaktadır
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı
bilinen diğer adıyla LHC
Çarpıştırıcının içinde iki proton demeti halkanın içinde birbirlerine ters yönde
inanılmaz hızlarda yol alır
sonra protonlar dört devasa algılayıcının içinde çarpışır
LHC parçacıklar için büyük bir yarış pisti gibidir
yakıt yerine bu atom altı yarışlar
elektrik alanı tarafından pistin etrafında hızlandırılır
ve yüksek güçlü mıknatıslar tarafından yönlendirilir
parçacıklar her bir algılayıcının çekirdeğinde çarpışmaya doğru yönlendirilir
En büyük algılayıcı adına yakışan Atlas'tır
7000 ton ağırlığında ve inşası 15 uzun yıl sürmüştür
neredeyse sekiz katlık yüksekliğiyle
Atlas bir katedral kadar büyüktür
38 ülkedeki 175 enstitüden gelen 3000'i aşkın bilim insanı
Atlas'ın deneylerinde birlikte çalışmakta
Özü itibariyle Atlas atom altı alana doğrultulan devasa bir mikroskoptur
Pist etrafında zıt yönlerde yol alan milyonlarca protonla
görüntü bir yarış pistinden daha çok bir yıkım yarışına benzemektedir
İki proton çarpıştığında yüzlerce yeni parçacık oluşur
çarpışmanın olağanüstü enerjisi
kendilerini oluşturan iki protondan çok daha büyük kütleli parçacıklar yaratabilir
Fizikçiler büyük kütleli bir karanlık madde yarattıklarında tam olarak bunun olacağını öngörmekteler
Bu çarpışmadaki gösterilen her çizgi
yeni yaratılan bir parçacığın varlığını yansıtmakta
çizginin eğrilik derecesi bize parçacıkların kazandığı ivmeyi göstermektedir
Atlas çarpışmayı eş merkezli katmanlar içine yerleştirilmiş çeşitli cihazlarla kaydetmektedir
Her cihaz farklı cinsteki parçacıkları saptamak ve kaydetmek için
özel olarak tasarlanmış sıra dışı bir kamera gibidir
Sör Isac Newton'a göre,
karşı yönlerdeki ivmeli yolculuk görüntüdeki gibi dengelenmelidir
sarı kareler parçacıkların ve ivmenin eşit dağılımını göstermekte
Karanlık madde parçacığı söz konusu olduğuna ise
bir boşluk olacaktır
bu boşlukta karanlık madde parçacığı Atlas'ın içinden
herhangi bir ara algılayıcıyla etkileşime girmeden uçup gidecektir
Nasıl olur da bir karanlık madde parçacığı
dünyanın en hassas algılayıcısının içinden geçip gider?
hem de hiç iz bırakmadan
Süper simetri isimli teori
tam olarak bu şekilde davranış gösteren bir parçacığın varlığını tahminlemektedir
Bu teoriye göre
elekton ya da kuark gibi bilinen her parçacığa karşılık gelen
çok daha büyük kütleli bir süper parçacık vardır
gördüğünüz gibi
karşılıklar hoş bir simetri yaratıyor
Fizikçiler tahminlenen bu parçacıklardan birinin
karanlık madde parçacığı olabileceğine inanıyor
sıra bunu kanıtlamakta
Atlas en önemli çarpışma olaylarının fotoğraflarını saniyede 14 milyon kere çekiyor
Çarpışma verileri CERN ve tüm dünyada GRID (şebeke) adı verilen devasa bilgisayar ağında depolanıyor
Bilgisayar programları şebekedeki verileri tarayarak
bir karanlık madde parçacığıyla örtüşen örüntüleri arıyor
Çok az sayıda çarpışmanın karanlık madde parçacıklarını yaratması beklenmekte
Fakat bu gerçekleşse bile
bütün çarpışma verilerini incelemek zorlu bir görev olacaktır
Neyseki modern bilim işbirliğine dayalı çabadır
Dünyanın her yerinden fizikçiler veriyi incelemek için gece gündüz çalışmaktalar
Bir CERN mühendisi bu tür bilgileri paylaşmak için
World Wide Web (Dünya Çapında Ağ - www) adlı bir şey icat etmişti
Karanlık maddeyi arayan ve evrenimizin temel doğasını keşfetme peşindeki bu kadar beyin gücü
kim bilir neler bulacak
Sonuçta büyük sorular insanoğlunu bir araya getirmekte
bu geniş evrenin nasıl işlediğini ve evrendeki yerimizi anlamaya uğraşırken sorduğumuz sorular