Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC), oldukça yakın bir zamanda karanlık fotonların gizemini açığa çıkarabilir. Peki ya korkmalı mıyız?

2022’nin yazında, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) bünyesindeki parçacık çarpıştırıcısı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, bulgularının peşinden yine çalıştırılmaya hazırlanıyordu.

O dönem toplumsal medyanın “sıkıntısı”, parçacık çarpıştırmaya devam etmenin, çeşitli bilimkurgu kıyamet senaryolarına yol açacağı yönünde yada evrenin sonunu getirme yönündeydi. Doğal ki bunların hiçbiri olmayacaktı sadece toplumsal medyada konuşuluyor olması, bilim için yararlı olmuştu.

27 Aralık 2023’te CERN’den meydana getirilen açıklamayla, son deneylerde LHC’nin bulduklarının kamuoyuna duyurulmasına karar verildi. Izahat ise karanlık fotonlarla ilgili.

CERN 2022’den beri ne yapıyor? Yapılanların karanlık fotonlarla ilgisi ne?

Yeni izahat, CERN’in Kompakt Müon Solenoidi (CMS) üstünde çalışan ve geçtiğimiz 2022 Temmuz’undaki çılgınlığın ortasında süregelen “Run 3” gözlem turundan elde edilmiş verileri gösteren gruptan geldi. Run 3’ün mühim, deneylerde yukarda bahsedilen duraklama yardımıyla, LHC’nin bu faza yeni iyileştirmelerle giriyor olması. Bu geliştirmelerle önceki çalışmalara kıyasla daha yüksek anlık parlaklık mümkün oluyor ve herhangi aniden daha çok parçacık çarpışması gerçekleşiyor.

Ağustos 2023 tarihindeki bu yeni verilerde çözümleme edilen deneylerde CMS ekibi, Higgs bozonlarının bozunmasında oluşabilecek karanlık fotonları arıyordu. Higgs bozonu, 2012’te büyük bir tantanayla bulunan parçacık olarak ününü koruyor. Eğer varlarsa, karanlık fotonlar deneyler için iyi hedefler olarak görülüyorlar. Bu parçacıkların kısmen “uzun süre hayatta kalan” (LLP) parçacıklar olduğu düşünülüyor. “uzun” dediğimize bakmayın, saniyenin bir milyarda birinin de onda birinden daha uzun.

Genel olarak açıklamamız gerekirse CMS ekibi, çeşitli LLP’leri araştırıyor ve karanlık foton da bu kuramsal parçacıklardan biri olabilir. LLP’lerin müon isminde olan ve ağır elektronlara benzeyen, gözlemlenmesi daha kolay parçacıklara bozunması umut ediliyor.

Peki ya karanlık foton da neyin nesi? Niçin CERN bunu arıyor?

LLP olmalarının yanında karanlık fotonlar “egzotik” parçacıklar olarak da değerlendiriliyor. (Fizik jargonundan çıkamadığımız için kusura bakmayın) “Egzotik” kullanımının anlamı, malum parçacıkların davranış ve etkilerini açıklayan standart fizik modelinin haricinde varolmaları demek. Ayrıca her şeyin “egzotik” olmadığını da izah edelim. Mesela yerçekimi, standart modelin haricinde bulunuyor.

Kuramsal fizikçiler, karanlık fotonların karanlık maddeyle ilgili bulunduğunu söylüyor. Bilimkurgu olmayan fizikte karanlık madde, ne bir tabanca, ne de bir “warp” motoru yakıtı. Yalnız ışık yaymayan, sadece yerçekimsel tesirleri olan (ya da olduğuna inanılan) gizemli bir kuramsal parçacık. Karanlık fotonlar, karanlık madde parçacıkları arasındaki etkileşimi açıklamakta bir rol oynuyor olabilir. Aynı şekilde bildiğimiz fotonlar da elektromanyetizma mevzusunda benzer bir role haiz.

CERN bu karanlık fotonları buldu mu?

Şu ana kadar CERN’in bu deneyden edinmiş olduğu veriler, karanlık fotonların varlığına dair kati bir kanıt barındırmıyor. Yeni izahat, bunun yerine parçacık çarpışma analizinin karmaşık yeni biçimlerini öne çıkarıyor. Daha yüksek anlık parlaklık, çözümleme edilecek oldukça daha çok veri anlamına geliyor. Öyleki fazla veri ki, açıklamada bundan da bahsedilmiş: “Her çarpışmayı kaydetmek, mevcut tüm veri depolama kapasitesini hızla tüketiyor.”

Bunun yerine CMS ekibi, “tetik” olarak malum algoritmik bir sisteme güveniyor. Tetik, bir tek potansiyel olarak garip çarpışmaları öne alarak, mühim verilerin depolanmasına ve geri kalanının atılmasına olanak sağlıyor.

CMS deneyinde çalışan parçacık fizikçi Juliette Alimena açıklamasında tetiğin “çarpışma noktasından birkaç yüz mikrometreden birkaç metreye kadar olan mesafelerle yer değiştiren müonlarla eskisinden oldukça daha çok vaka toplamamıza olanak sağladığını” belirtiyor ve ekliyor: “Bu iyileştirmeler yardımıyla, eğer karanlık fotonlar var ise, CMS’in onları bulma ihtimali artık oldukça daha çok.”

Peki şu ana kadar bu karanlık fotonların varlığına dair bir kanıt bulunamaması, CERN’in hayal kırıklığı yarattığı anlamına mı geliyor? Karar sizin. İyimser olursak CERN, bilim adamlarına nerede aramaya devam etmeyeceklerini bilme imkanı veriyor. Bu sayede modellerini daha iyi hale getirebilir ve araştırmaya devam edebiliyorlar.

Mike Pearl’ün makalesini Özgür Yıldız Türkçeleştirdi.