Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Nötrino Dedektörleri (Tuzakları) -1

Hazırlayan: Merve Yorgancı

Nötrino dedektörlerini anlatacağımız yeni yazı dizimizle karşınızdayız. Yani umarız devam ettirir ve karşınızda kalırız, hayırlısı bakalım.

Bu makalemizde gözlemevlerinden bahsedeceğiz ama, öyle kocaman yıldızları, dev galaksileri, ihtişamlı süpernovaları ve ne yediği belirsiz karadelikleri gözlemleyen inceleyen bir gözlem evi değil bunlar: Elektronun binde birinden çok daha küçük parçacıkları yakalayan gözlem evleri!

Eğer yakalayan lafına takıldıysanız, iyi yapmışsınız. Çünkü diğer gözlemevleri gibi koca teleskobu yönlendirip gökcismini izlemiyoruz açıkçası. Aksine bir avcı gibi tuzağımızı kuruyor ve beklemeye başlıyoruz. Öyle ha deyince de yakalanmıyorlar. Bu yüzden zaten “tuzak“ dedik ve artık böyle demeye devam edeceğiz aklınızda bulunsun efendim.

Nötrinolar üzerine çalışan bilim insanlarının yaptığı, çoğunlukla tuzağı çalıştırmak ve beklemekten ibaret. Tıpkı bir avcı gibi. Bu arada sizi şaşırtmasın, nötrino gözlemevlerinde çalışan bilim insanlarına da "nötrino avcısı" deniliyor.

Nötrinolar üzerine çalışan bilim insanlarının yaptığı, çoğunlukla tuzağı (gözlemevini) çalıştırmak ve sabırla beklemekten ibaret. Tıpkı bir avcı gibi. Bu arada sizi şaşırtmasın, nötrino gözlemevlerinde çalışan bilim insanlarına da “nötrino avcısı” deniliyor.

Peki nötrinolar neden yakalanmıyorlar? Çünkü kütleleri çok küçük. Çünkü maddeyle etkilemişime girmiyorlar. Çünkü neredeyse ışık hızına yakı hızda hareket ediyorlar da ondan. Anlayacağınız, bulunmamak için ellerinden geleni yapıyorlar.

Ama insanoğlu durur mu, elbette ki hayır! Küçük olmalarına rağmen bir şekilde yakalamanın yolunu bulmuşuz. Elbette bu sorunun cevabı, her gözlemevine -tuzağa- spesifik olsa da, şimdi biraz ondan bahsedelim; nasıl yakalıyoruz?

Nötrinolar salınım yapıyorlar. Yani tau nötrinosundan müon nötrinosuna, oradan hop elektron nötrinosuna. Ama çok sık olmuyor bu salınımlar. Ara sıra kılık değiştiriyorlar, her zaman değil. Salınım yapmaları nötrinoların az da olsa bir kütlelerinin olduğu anlamına geliyor.

Nötrino

Sandbury Üniversitesi’ne ait gözlemevinin nötrino tuzakları.

Her yıldız yaşam savaşında yakıtı olan hidrojeni yaktığında bir nötrino açığa çıkıyor. Bu da bir yıldızın, tüm ömrü boyunca tüm milyar*milyar*milyar*……… (bu böyle gider) sayıda nötrino oluşturduğu anlamına gelir. Misal Dünya yüzeyinden 1 santimetre kare başına 65 milyar nötrino geçiyor.

Unutmayın maddeyle etkileşmiyor dedik! Yani önce vücudunuzun her bir santimetresinden, sonra da yer kabuğunun her santimetresinden öylece sallana sallana 65 milyar (saniyede) nötrino geçip gidiyor, Dünya’nın diğer tarafından hiçbirşey yokmuş gibi çıkıp yoluna devam ediyor.

Peki nötrinolar diğer parçacıklara nazaran neden önemli. Bunun açıklamasını şöyle yapalım, çünkü bilim insanlarının nötrinolar üzerine sürü sorusu var:

• Tau müon ve elektron nötrinosu dışında nötrino var mı?
• Nötrinolar kendi karşıt parçacıkları mıdır?
• Nötrinolar kütlelerini nasıl kazanıyor.
• Nötrinoların kütlesi nedir?

sun-gazing

Güneş kaynaklı trilyonlarca nötrino, her saniye vücudunuzdan sanki siz hiç yokmuşsunuz gibi geçip gidiyor.

Tam bir gizemli parçacık nötrino. Kara kutu gibi. Bir çözülse her şeyi anlayacakmışız gibi de, çözülmüyor işte. Nötrinolar bize evrenin ilk anlarından bilgi vermekten tutun da, standart modeli anlamamıza kadar detaylı bilgi verecek. Eh bildiğimiz şey çok az ama. Düşünün, kütlesini bile bilmiyoruz, sadece üst sınır belirleyebiliyoruz. Bu arada şunu da söylemeden geçmeyelim: Hani şu çok sevdiğiniz karanlık madde ile nötrinolar da ilişkilendiriliyor gibi. Ama buna sonra değinelim.

Nötrinoyu diğer yüklü leptonlardan farklı kılan en önemli özellik, kütlesinin çok küçük olmasıdır dedik. Şimdiye değin, nötrinonun kütlesini ölçmek için tasarlanan deneylerde kütle için yalnızca üst limit konabildi. Buna göre elektron nötrino; elektrondan en az 230.000 kez daha hafif. Bir elektronun kütlesinin bir karınca kütlesininin trilyonda birinin trilyonda biri olduğu düşünülürse, nötrinonun ne kadar küçük olduğu daha net anlaşılır galiba.

Bu arada, hangi karınca? 1 mm’den küçük karıncalar da var, kocaman zebellah gibi olanları da. Bilim insanları örnek verirken, bazı çok büyük rakamların küsüratı önemsiz oluyor. Yani, ha trilyonda birin trilyonda biri olmuş, ha 10 trilyonda birin trilyonda biri olmuş. Ne farkeder?

Nötrinonun kütlesinin bu kadar küçük olmasının yanında, onu ilginç kılan bir başka özelliği de salınım yapması demiştik. Kılık değiştiriyordu hani. Bunu şöyle tanımlayalım. Nötrino salınımı, zayıf etkileşimler yoluyla oluşan nötrinoların belli bir yol kat ettikten sonra başka bir nötrinoya dönüşmesidir.

Bu dönüşümlerin olabilmesi için nötrinoların kat etmesi gereken yol; “enerjileriyle doğru orantılı, kütlelerinin karesinin farkı ile de ters orantılıdır”. Enerjisi ne kadar fazla ise, salınım yapması için alması gereken yol o kadar fazladır.

Nötrino gözlemleri çok çok zordur. İlk sebebi; atmosferimize giren onlarca parçacık var. Nötrino gibi çok küçük kütleli ve madde ile etkileşmeyen bir parçacığı orada bulmak, samanlıkta iğne arama deyiminden kat kat zordur. Bu yüzden nötrinoların etkileşmeme özelliğini kendi lehimize çevirip, nötrino tuzaklarını yeraltına kuruyoruz. Böylece diğer kütleli parçacıklar maddeyle öyle veya böyle bir şekilde haşır neşir olup, tuzağımıza gelemiyor. Nötrino ise burnundan kıl aldırmayıp öylece tuzağımızın, yani gözlemevimizin bulunduğu yeraltı yapısının içinden geçip gidiyor.

Nötinolar hakkında bu kadar konuştuk, genel hatlarını verdik. Şimdi Dünya üzerinde nasıl yakalandıklarına ve nerede tuzaklar kurulduğuna bakalım:

notrino-gozlemevleri-325545521

Bir çok yerde bu konu üzerinde detaylı araştırma yapılıyor. Düşünün taaa penguenlerin memleketi Antartika’da bile deneyler yapılıyor. Ama biz o gözlemevini ve deneyi en sona bırakacağız. Çünkü, canımız öyle istedi. 😉

Dünya üzerinde bir çok tuzak var ve her birinde de ayrı ayrı özel yöntemlerle nötrino yakalamaya çalışıyorlar. Hangisinin çalışma yöntemi daha iyi diye kıyaslanacak bir durum yok. Üstteki haritada da görmüş olduğunuz gibi farklı nötrino kaynakları üzerinde (Güneş nötrinosu, süpernova nötrinosu ya da nükleer raktör nötrinosu gibi) çalışıyorlar.

Üstelik aynı kaynak üzerine çalışmış olsalar bile, bekledikleri şey farklı. Biri deney kütlesini ölçerken, diğeri salınımı nasıl yaptığı üzerinde çalışma yürütüyor. Bu yüzden her gözlemevini kendine göre incelenmesi gerektiği gibi, her gözlemevindeki deneye de kendine has olarak bakılmalıdır.

Merve Yorgancı

En üstteki kapak fotoğrafında gördüğünüz kişi, 2008 yılındaki MiniBooNE deneyinde nötrino tuzaklarını denetleyen Jasmine Ma isimli bir yüksek lisans öğrencisi. Bu da Columbia Üniversitesi’nde yazdığı tezi. Şimdi nerede, ne yapıyor bilmiyoruz, yani araştırsak biliriz ama, araştırmadık. 


teleskoplar-2254-2-meade

Amacınıza en uygun ve en kaliteli teleskop ya da dürbünü, en uygun fiyata sadece Gökbilim Dükkanı‘nda bulabilir, satın alma ve kullanım sürecinde her zaman bize danışabilirsiniz
GÖKBİLİM DÜKKANI’NA GİT

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Merve Yorgancı

Akdeniz Üniversitesi, Fen Bilimleri Öğretmenliği ve Astrofizik, çift ana dal yüksek lisans öğrencisi. Astronom ve popüler bilim makaleleri yazarı. Kozmik Anafor’un içerik yöneticisi.