Parçacık Fiziği

Bugünlerde parçacık fiziği konusunda deney ve araştırmalar yapan bilim adamlarının birbirine en çok yönelttikleri soru şu: “Siz hiç yumruk atan bir hayalet gördünüz mü?” Doğrusunu isterseniz, hayaletin yumruk atamaması gerekir; çünkü maddi bir varlığı yoktur. Eğer bir hayaletin, yumruk atıp onu bunu devirdiğini görürsek, aslında gerçek bir hayalet olmadığından şüphelenmemiz gerekir. İşte fizikçiler de, nötrino dediğimiz parçacığın sırları ortaya çıktıkça böyle bir hayret içinde kalmışlardır; çünkü önce, sadece “denklemleri denkleştirmek” üzere kâğıj üzerinde yaratılan, kütlesi olmadığı ve hemen hiçbir etkillpme girmediği varsayılan “hayalet parçacık” nötrinonun, çok küçük de olsa bir kütlesinin bulunduğu saptanmıştır. Nötrinonun, bir kütleye sahip olması; fizik, astrofizik, kozmoloji bilgisinde büyük değişikliklere neden olacaktır. Hatta evrenimizin geleceği bile nötrinonun bir kütlesi olup olmadığına bağlıdır!

İsterse.M, nötrinonun heyecan verici öyküsünü başından itibaren izleyelim: Bundan elli dört yıl kadar önce, radyoaktif olaylardaki beta bozunmasım inceleyen fizikçiler, bir muamma karşısında kalmışlardı. Bilindiği gibi, bu olaylar esnasında salınan (—) beta parçacıkları elektronlardan; (+) beta parçacıkları ise, elektronların karşıtı olan pozitronlardan. ibarettir. Radyoaktif bozunmada, mesela Azot 13, (,3N) bir po-zitron (/3+) salarak Karbon 13 (,3C)e Hidrojen 3 (3H) ise bir elektron (f) salarak Helyum 3 (3He)’e dönüşür. O halde beta bozunması, aynı zamanda çekirdek içindeki bir protonun nötron haline geçmesi (artı beta bozunması) ya da bir nötronun proton haline geçmesi (eksi beta bozunması) olarak da tanımlanabilir. Ne var ki; bu bozunumda salman beta parçacıklarının enerjisi, teorik olarak hesaplanan enerji düzeyinin altında kalıyordu. Bu da fizikçilerin “kutsalın kutsalı” saydığı “enerjinin korunumu” ilkesine aykırı düşüyordu! Fizikçiler sonunda, bu çelişik durumu açıklayabilmek için beta bozunması süreci içinde enerjinin bir kısmının henüz bilinmeyen başka bir parçacık tarafından götürüldüğünü varsaymak zorunda kaldılar. Nitekim doğada böyle bir parçacığın bulunması gerektiği, I930’da AvusturyalI VVolfgang Pau-li tarafından ileri sürülmüş ve ünlü İtalyan fizikçisi Enrico Permi, 1931 ’de bu parçacığa“nötrino = nötroncuk” ismini vermiştir. Pnıılfye göre nötrinonun varlığı kabul edilirse, beta bo/tıınııııtııuı şöyle ifade etmek mümkündür:

Nötron — proton + elektron + antinötrino

çekirdek içinde bağımlı durumda bulunan proton bozunumu:

Proton — nötron + pozitron + nötrino

Tabii, fizikçilerin işi sadece nötrinoyu varsaymakla bitmiyordu: Bu hayalete, diğer bazı özellikler de yakıştırmak gerekliydi. Örneğin nötrinonun spin (ekseni etrafında dönüş kuantumu) sayısı 1/2 olmalıydı: çünkü proton ve nötronun spin sayısı + 1/2 elektronunki ise -1/2 olduğundan, spin sayısı denklemi ancak şöyle denkleşebiliyordu: +1/2 (nötron) = +1/2 (proton) -1/2 (elektron) +1/2 (nötrino) Denklemler böylece “denkleştirildikten” sonra, fizikçilerin huzuru yerine gelir gibi oldu. Yalnız arada şöyle “mini minnacık” bir soru kalmıştı, o da şuydu: acaba nötrino gerçekten de var mıydı? Şaka bir yana, fizikte esas; gerçeği denkleme değil, denklemi gerçeğe uydurmaktı. Varsaydığımız bir parçacığın denklemlerimize iyi uyması, mutlaka onun gerçekten de varolduğu anlamına gelmez. “Örneğin 1.000 liralık bir banknotun 250 liralık dört banknot karşılığında bozdu rabileceğini varsayar ve denklemi 250 x 4 = 1.000 diye yazabilirim. Bu denklem doğru olmasına doğrudur ama piyasada şimdiye kadar 250 liralık tek bir banknota rastlamadığımı itiraf etmek zorundayım. Bundan dolayı hiçbir ciddi fizikçi denklemlerinin gerçeğe uygunluğu doğrulanmadıkça rahat bir nefes alamaz.

Fizikçiler, nötrinonun varlığını doğrulamak için çeşitli deney düzeyleri hazırladılar. Ancak bu konudaki çabaları uzun süre sonuçsuz kaldı. Nötrinonun gerçekliğini kanıtlamak, ancak varsayılışından 25 yıl kadar sonra, Birleşik Amerika’da Cowan ile ReimesJin 1953 ile 1956 yılları arasında yaptığı çok güç ve güç olduğu kadar ilgi çekici deneyler sonucunda mümkün oldu. Cowan ile Reines, bu deneyler için üçü de-dektör havuzu, ikisi hedef havuzu olmak üzere kocaman beş su havuzu kullanmışlardı. Hedef havuzunda bir miktar kadmiyum klorür eritilmişti. Deneyin esası şuydu: Suya gelen bir nötrino; bir proton ile etkileşime girerse, bundan bir pozitron ve bir nötron doğar. Pozitron çok kısa süre sonra