Süpersimetri ve Süperuzay

Image Credit: NASA
Yaklaşık Okuma Süresi: 5 Dakika...

‘Simetri’ kavramını hemen hepimiz duymuşuzdur. Simetri, iki ya da daha çok şey arasında konum, biçim ve belirli bir eksene göre ölçü uygunluğu, bir eksenin yapı ve biçim benzerliği olarak tanımlanabilir.

Saygın fizik profesörü Michio Kaku; “Bir fizikçi için güzellik, simetridir“der. Sahiden de biçim ve ölçü uygunluğu bir fizikçi için olmazsa olmazdır. Peki süpersimetri nedir? Bu yazımızda sizlere süpersimetriyi ve ilgili olarak süperuzayı anlatacağız. Parçacık fiziği ve uzay-zaman harmanlanmasına tabii tutulmuş yazı ile sizleri baş başa bırakıyoruz.

Süpersimetri, standart modelde bahsedilen parçacıklara eş, simetrik bir parçacığın var olduğundan bahseder. Bu simetrik parçacıkların varlığının nedeni, standart modeldeki parçacıkların kütlesinin neden olduğunu açıklamak içindir. Süpersimetri, üçten daha az uzay boyutunda bazı olayların açıklanması amacıyla geliştirilmiştir.

Telif: Fermilab

 

Bilim insanları, bir takım çalışmaların sonucunda süpersimetrinin parçacık fiziği alanındaki birçok soruyu açıklamaya yeteceğini keşfetmişlerdir. Süpersimetri, çözülmesi için ortaya atılmadığı halde bazı problemleri de çözüme kavuşturmuştur. Aynı zamanda ünlü fizikçi Gordon Kane, süpersimetriyi “doğanın kendi başına var olan bir ögesi” olarak tanımlamıştır. Süpersimetrinin çözüm olarak görüldüğü bazı kuramlardan sırasıyla bahsedeceğiz. İlki, Higgs etkileşimlerinin açıklanmasıdır. Higgs alanı öne sürüldü. Higgs alanının öne sürülme amacı parçacıkların kütlelerini standart modele aktarmaktan ileri gelmiştir.

Standart modelde bir hiyerarşi sorunu vardı. Standart model dediğimizde şunu anlamalıyız: Kuarklar ve leptonlar ile kuarkların ve leptonların etkileşimleri 10-17metre ölçeğinde betimleyen bir kuramdır. Birincil kuramda ise mevcut ölçek 10-35 metre yani Planck ölçeğidir. Buradan anlayacağımız şudur; bu iki ölçek birbirinden çok uzaktadır. Dolayısıyla tutarlı olmayabilir. Öyle ki standart model ölçeği bir sabit olan Planck ölçeğine yakın bir ölçekte olmalıdır.

Peki bu farklı ölçekler standart modelin deneysel öngörülerini doğrudan etkiler mi?

Hayır, bu sorun standart modelin öngörülerini doğrudan etkilemez. Fakat bahsettiğimiz sorun, kendi içinde iki kısıma ayrışır:

İlki, standart model ile Planck ölçeği arasında bir aralığın bulunmasıdır. Öyle ki standart model 10-17 de değil de bu aralıkta bir yerde neden sonlanmasın? İkincisi ise; matematiksel olarak bu kuramın nasıl yerleşeceği sorusudur. Burada süpersimetrik standart model ikinci sorunu çözer, ilki için ise yorum yapmamızı sağlar. Fermiyonlar ve bozonlar, birbirlerini yok edecek şekilde ölçeklerin bir araya gelmesini sağlar. Bu sayede bahsettiğimiz sorun çözülmüş olur.

Süperuzay

Süperuzay, isminden de anlaşılacağı üzere süpersimetrinin uzay-zaman simetrisi olarak tanımlanabilir. Öyle bir cisim ve ya bir parçacık düşünelim ki bu cisim veya parçacığın üzerine hiçbir kuvvet etki etmiyor olsun. Bu cismin bir enerji ve momentum ile hareket etmekte olduğunu kabul edelim.

Eğer biraz mekanik fizik bilgisine sahipseniz, cisme etki eden bir kuvvetin olması durumunda bahsettiğimiz enerji ve momentumun değişebileceğini de bilirsiniz. Dolayısıyla, kuvvet yoksa enerji ve momentum değişim göstermez. Buradan yapacağımız çıkarım şudu: bir cisme etki eden bir kuvvet yok ise momentum ve enerji korunur.

Telif: http://cdsweb.cern.ch/record/628469

 

Uzay ve zaman nötr olmalı ki cismimiz uzay ve zaman içinde hiçbir kuvvet etki etmeden hareket edebilsin. Belirli uzaklıklarda, belirli hareket değişimleri de gösterse sonuçta momentum ve enerji korunsun. Bir takım değişimler altında da olsa bir şey değişmeden kalıyorsa işte o zaman bir simetriden söz edilebilir. Uzay ve zaman içinde konumuzu değiştirdiğimizde simetriler buluruz. Süperuzayda da durum bundan farklı değildir. Süperuzayda konumumuzu değiştirmemize karşılık gelen simetriye; süpersimetri deriz.

Fizikte hali hazırda var olan simetri iki türdür. Bunlar; geometrik simetri ve uzay-zaman simetrisidir. Merak her zaman fiziğe gebedir. Eğer biraz merak eder ve irdelersek şöyle bir soru bizi bulabilir:

Acaba bu iki simetriyi (geometrik ve uzay-zaman) karıştıran bir simetri var olabilir mi?

Sıradan uzay-zaman fikirlerimiz düşünüldüğünde bu mümkün değildir. Bunun yanında fermiyonsal boyutlara izin verilirse, o zaman bu iki simetri türünden farklı bir simetrinin daha varlığı söz konusu olabilir.

Bu yeni simetri, süpersimetridir. Süpersimetrinin öneminin bir sebebi de, şu ana kadar doğanın bir parçası olduğu bilinmeyen, matematiksel açıdan tek olası simetri olmasıdır. Aslına bakılırsa süpersimetri, fermiyonlar ve bozonlar yer değiştirse de temel yasaların bu değişikliklere ayak uydurmayıp aynı kalmasıdır.

Zihinlerinizde alışılagelmiş uzay-zamandan çıkın ve farklı bir uzay-zamana ışık hızı ile yolculuk yapın. Bu yeni konuşlandığımız uzay, süperuzaydır. Süperuzayda fermiyonlar ve bozonlar arasındaki farklılıklar birleştirilebilirdir. Dolayısıyla süperuzay fermiyonların ve bozonların tam simetrik bir şekilde ele alınabileceği geometrik bir alandır.

Süperuzayın boyutları bizim boyutlarımız gibi değildir. Büyüklükleri neredeyse yoktur. Ancak titreşen sicimler gibi küçük de değillerdir. Bir elektron ve nötrinoyu düşünelim. Bu seçtiğimiz elektron ve o elektronun nötrinosu iç uzayda iki farklı nesnenin izdüşümü gibi görünürler. Tıpkı bu durum gibi süperuzayda da fermiyonlar ve bozonlar iki farklı nesnenin izdüşümü olarak düşünülebilirler. Aslında süperuzay bozonsal boyutlarımıza ilave olarak fermiyonsal boyutları eklemektir.

Yazar: Sultan Kış
Editör: Kemal Cihat Toprakçı

Kaynakça:
Süpersimetri/Gordon Kane/Tübitak Yayınları

Daha fazla okumalısınız

Yazar: Sultan Kış

Sinop Üniversitesi Fen Bilimleri Öğretmenliği öğrencisi.

Keşfet!

Tek Yarık Deneyi ve Belirsizlik

Çoğumuz lisedeki fizik dersinde, tek yarık ve çift yarık deneylerini görmüştür. Görmemişse de, zaten belgesellerde …