EON𝑝𝑒𝑑𝑖𝑎

Başlangıçtan bugüne.

CMS dedektörü, LHC halkasının dört büyük deneyinden biri. Higgs bozonunun ipuçları, bu çelik kataloğun katmanları arasında belirleyici şekilde belirdi. Bir parçacık keşfedilmek için 9 milyar avroluk bir makine, on bin fizikçi ve teorinin önerilmesinden 48 yıllık sabır gerektirdi.CC BY-SA 4.0

4 Temmuz 2012 · CERN, Meyrin, Cenevre, İsviçre (Fransa sınırı)

Higgs bozonu keşfedildi: Standart Model'in son taşı

Paylaş

CERN'de ATLAS ve CMS deneyleri 125 GeV/c² civarında, ~5 sigma istatistiksel güvenle yeni bir parçacık raporladı — 1964'te Peter Higgs ve beş meslektaşının postula ettiği, temel parçacıklara kütle kazandıran alanın kuantumu. Standart Model'in son eksik parçası 48 yıl sonra deneyle kapandı; 2013 Nobel'i Higgs ve Englert'e gitti.

20. yüzyılın ortalarında parçacık fiziği şık bir denklem sistemiyle — Standart Model — temel parçacıkları ve üç temel kuvveti (elektromanyetik, zayıf, güçlü) tutarlı biçimde tanımlamıştı. Ama bir gizem vardı: matematiğin doğal hâli tüm parçacıkları kütlesiz öngörüyor, hâlbuki elektron kütlelidir, W ve Z bozonları çok kütlelidir, foton kütlesizdir. 1964'te birbirinden bağımsız üç ekip — Belçika'dan François Englert ve Robert Brout; İskoçya'dan Peter Higgs; Londra'dan Gerald Guralnik, Carl Hagen ve Tom Kibble — aynı çözümü önerdi: evrenin her noktasına yayılmış bir alan (bugün 'Higgs alanı') vardır; parçacıklar bu alanla etkileştikçe ataletleri (yani kütleleri) artar. Bu alanın bir parçacığı, yani uyarımı, ölçülebilir olmalıydı. Onlarca yıl 'kütle parçacığı' aranan parçacık bu oldu.

Kuram zarifti ama deney çetindi. Higgs alanını uyarıp parçacığı kısa süreliğine üretebilmek için 100 GeV mertebesinin çok üzerinde çarpışma enerjisi gerekiyordu — ve parçacık üretilse bile ortalama 10⁻²² saniye yaşıyor, doğrudan görünmüyor, yalnızca bozunma ürünlerinin (iki foton, dört lepton vb.) izleri üzerinden 'sezilebiliyordu'. 1990'larda CERN'in LEP çarpıştırıcısı, 2000'lerin başında Fermilab'ın Tevatron'u aradı ama yetişemedi. Sonra Cenevre yakınlarında, Fransa-İsviçre sınırının 100 metre altında, 27 km'lik Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) inşa edildi: 9 milyar avroya, 40 ülkenin işbirliğiyle, 30 yıllık planlama ve yapımla. 2008'de açıldı, başlangıçta felaket bir manyetik arızayla durdu, 2010'da gerçekten çalışmaya başladı. Halkasının iki ayrı noktasında, ATLAS ve CMS adlı katedral büyüklüğünde dedektörler birbirinden bağımsız aynı soruyu kovaladı.

4 Temmuz 2012 sabahı CERN'in büyük seminer salonunda, taraflı olmamak için sonuçlarını birbirine açmamış iki ekip aynı sayıyı gösterdi: 125 GeV/c² civarında, ~5 sigma — yani rastlantı olma ihtimali 3,5 milyonda bir — yeni bir bozon. Peter Higgs, 83 yaşında, salondaki yerinden gözleri yaşararak izledi: "Yaşarken bunun gerçekleşeceğine asla inanmamıştım." Sonraki yıllarda parçacığın spin, parite ve bozunma kanallarının ölçümü Higgs olduğunu doğruladı. 2013 Nobel Fizik Ödülü Higgs ve Englert'e verildi; Brout 2011'de hayatını kaybetmişti, Guralnik-Hagen-Kibble üçlüsünün dışta kalması yıllarca tartışıldı.

Keşfin bilimsel anlamı şudur: Standart Model'in 50 yıldır eksik tek parçası tamamlandı; evrendeki kütlenin (atomu oluşturan parçacıkların kütlesinin değil; kütlenin çoğu güçlü kuvvetten gelir — ama elektron, kuark gibi temel parçacıkların kütlesinin) kaynağı deneyle gösterildi. Kültürel anlamı daha geniştir: LHC, soğuk savaşın sona ermesinden sonra inşa edilmiş en büyük uluslararası bilim projesidir; 'ateş tanrısının zerresini' bulan kuram fizikçilerinin çoğu, doğrulanmasını izleyecek kadar yaşadı. Higgs bozonu Standart Model'i tamamladı — ama karanlık madde, kütle hiyerarşisi, kuantum yerçekimi gibi sorulara yanıt vermedi; LHC bugün hâlâ bunları kovalıyor.

Galeri

Konum

CERN, Meyrin, Cenevre, İsviçre (Fransa sınırı) · OpenStreetMap →

Kaynaklar