Özel haber: Prof. Dr. Tekin Dereli 2N News’e Higgs mekanizmasıyla kozmolojik sabit arasında bağlantı kurmaya çalışan modellerin spekülatif olduğunu, kesin sonuçların ancak yeni gözlemlerle elde edilebileceğini ifade etti.
Kuantum alan teorisi, modern fiziğin temel taşlarından biri ve parçacıkların doğasını anlamada kritik bir rol oynuyor. Bu teori, klasik alan teorisinin bir uzantısı olarak, hem parçacıkların hem de alanların kuantum mekaniği kurallarıyla nasıl etkileşime girdiğini açıklıyor.
Standart modelin temelini oluşturan kuantum alan teorisi, elektromanyetik, zayıf ve güçlü nükleer kuvvetler gibi doğanın dört temel kuvvetinden üçünü başarılı bir şekilde tanımlıyor. Ancak, bu teori içinde bazı çözülememiş sorular da bulunduruyor. Bunlardan biri, evrenin genişleme hızını açıklamakta zorlanan vakum enerjisi problemi.
İstanbul Üniversitesi Fizik Kulübü tarafından düzenlenen ve 2N News’ün katıldığı, fizik çalıştayında konuşan Prof. Dr. Tekin Dereli, kuantum vakumu, parçacıkların enerji seviyeleri ve kuantum alan teorisi üzerine önemli açıklamalarda bulundu. Dereli, elektron ve pozitron çiftlerinin yaratılması, vakum polarizasyonu ve Higgs mekanizmasının kozmolojiyle bağlantıları üzerine kapsamlı bir sunum gerçekleştirdi.
Dereli, kuantum vakumunun sanılanın aksine tamamen boş olmadığını belirtti. Kuantum teorisine göre vakum durumu, sıfır enerji seviyesinde olabilir ancak sanal parçacıklarla dolu olarak ifade ediliyor. Bu bağlamda, artı enerjili seviyelerin tamamen boş, eksi enerjili seviyelerin ise tamamen dolu olduğunu ifade eden Dereli, elektronların bu seviyeler arasında hareket ettiğini ve bu sürecin foton yayılımı ile gerçekleştiğini söyledi.
Dereli, bu durumu bir analojiyle açıkladı: “Köprüde trafik sıkışıklığı olduğunda, arabalar belirli bir yönde hareket eder ve arada boşluklar oluşur. Elektronlar da benzer bir şekilde hareket ederek, artı yüklü yük taşıyıcıları gibi davranır.”
Vakum polarizasyonu kavramına da değinen Dereli, elektron ve pozitron çiftlerinin yoktan var olup tekrar yok olabildiğini belirtti. “Bu süreç tıpkı bir sakız balonu şişirmeye benziyor. Önce balon yok, şişirdiğimizde var oluyor, patladığında ise tekrar kayboluyor,” diyen Dereli, bu fenomenin kuantum elektrodinamiği hesaplamalarıyla doğrulandığını ve 1947’de yapılan Casimir etkisi deneyleriyle gözlemlendiğini hatırlattı.
Kuantum alan teorisi ve Higgs mekanizması
Konuşmasının ilerleyen bölümlerinde Dereli, kuantum alan teorisinin temel prensiplerinden bahsederek, Higgs mekanizmasının vakumla ilişkisini tartıştı. Kuantum alan teorisinde, boşluk veya vakum, tamamen boş bir alan olarak değil, sürekli dalgalanan enerji alanlarıyla dolu bir ortam olarak kabul ediliyor. Higgs alanı da bu vakumun bir parçası olarak düşünülebilir. Higgs mekanizması, temel parçacıkların kütle kazanmasını sağlayan bir süreçtir ve Standart modelin en önemli unsurlarından biri.
Higgs alanının, parçacıklara kütle kazandıran bir mekanizma olduğunu vurgulayan Dereli, “Standart Model kapsamında Higgs alanı, kuantum vakumunun fenomenolojik bir tarifidir. Ancak bu kavramın kozmolojiyle ilişkisi hala tam olarak çözülebilmiş değil,” dedi. Higgs bozonunun keşfi, Standart modelin büyük bir başarısı olsa da, evrenin genişleme hızını açıklayan genel görelilikle tam olarak nasıl bağdaştığı konusu hala araştırılıyor.
Çalıştayda kuantum alan teorisine göre boşluk enerjisinin çok yüksek olması gerektiğini ancak evrenin genişleme hızının beklenenden düşük olduğunu belirterek bu çelişkinin nasıl açıklanabileceğini 2N News olarak sorduk.
Prof. Dr. Tekin Dereli, şu yanıtı verdi: “Higgs mekanizmasının kozmolojik sabitle bağlantısını kurmaya çalışan çeşitli teoriler var. Ancak kozmoloji başlı başına spekülatif bir alan ve bu modeller de spekülasyona açık. Karanlık madde ve karanlık enerji kavramları da bu bağlamda ortaya çıkıyor. Fakat ‘karanlık’ sıfatına dikkat etmek gerekir, çünkü bu terim aslında bilmediğimiz bir enerjiyi ya da maddeyi tanımlamak için kullanılıyor. Şu anki teorik çerçevemiz içinde bunları anlamlandırmaya çalışıyoruz, ancak kesin sonuçlara varmak için daha fazla gözleme ihtiyacımız var.”
Karanlık enerji, evrenin hızlanan genişlemesini açıklamak için öne sürülen bir kavram. Kuantum alan teorisine göre vakum enerjisi, teorik olarak çok büyük bir değere sahip olmalı, ancak kozmolojik gözlemler bu enerjinin çok daha düşük olduğunu gösteriyor. Bu çelişki, fizikçilerin üzerinde çalıştığı en büyük problemlerden biei ve bu bağlamda yeni teoriler geliştirilmeye devam ediliyor.Çalıştayın sonunda Dereli, kuantum fiziği ve kozmolojinin gelecekte daha fazla kesişeceğini ve önümüzdeki yıllarda bu konuların daha iyi anlaşılacağını belirtti. Bu tür etkinlikler, fizik camiası için hem teorik hem de deneysel gelişmeler açısından büyük önem taşıyor. Gelecekte yapılacak gözlemler ve deneylerle Higgs mekanizmasının kozmolojiye etkisinin daha iyi anlaşılabileceği düşünülüyor.
Kaynak: 2N News
