Erken Evrendeki Lityum Yokluğu Yeni Parçacık Varlığına İşaret Ediyor Olabilir

Tüm bilim dalları ilgi çekici olsa da evrenbilim tümünden farklı bir dikkati hak ediyor. Çünkü varlığımıza ilişkin en temel soruları soruyor: Evren nasıl ortaya çıktı? Nasıl şu anki duruma gelebildi? Elbette bu sorular geçmişe yönelik. Dolayısıyla günümüzde, geçmişe ilişkin elimizde ne gibi izler kaldığı çok önemli. Bu izlerin her ayrıntısı, evrenbilimciler için son derece önemli.

Söz konusu ayrıntılardan biri nükleosentez; yani atom çekirdeklerinin oluşumu. Büyük Patlama Kuramı, erken evrenin (evrenin oluşumundan hemen sonraki dönemin) hangi elementleri içerdiğine ilişkin yüksek doğruluklu öngörüler yapıyor; lityum dışında. Lityum ya bir şekilde saklanıyor ya da ortada lityum yiyen bir şeyler var. Bilimciler lityumu tüketen bir şey olduğuna ilişkin kanıt bulmaya çalışmak yerine, öncelikle lityum oluşumunu neyin baskılamış olabileceğini araştırıyordu. Görünüşe bakılırsa yeni bir parçacık, bu sorunun yanıtı olabilir.

Evrenin başlangıç evrelerinde, bugün bildiğimiz anlamda atom ve moleküller yoktu. Evren, birbirlerine bağlanamayacak kadar fazla enerjiye sahip olan proton ve elektronlar ile doluydu. Bunlar birbirlerinin çevresinde akıp karışarak, bir nevi sıvı oluşturuyorlardı. Fakat evren genişledikçe bu sıvı benzeri ortam soğudu ve protonlardan bazıları birbirlerine bağlanmaya başladı. Ardından bir ya da iki nötron yakalayarak, biraz daha ağır olan ilk elementleri oluşturmaya başladılar.

Kayıp Lityum Gizemi

Yani tek bir protondan ibaret olan hidrojenin yanı sıra, bir proton ve bir nötrondan oluşan döteryum da arada-sırada oluşuyordu. Peki ne sıklıkta? Yaklaşık olarak 1 milyon hidrojene karşılık 25 döteryum düzeyinde gerçekleşiyordu. İnanılmaz olan şu ki sadece Standart Model’i ve sıradan maddenin (baryon) fotonlara (ışığa) oranını alarak, evrenbilimciler bu oranı öngörebiliyor. Gözlemler bu öngörünün %1,6 oranında doğru olduğunu gösteriyor.

Evrenbilimciler başka elementlerin oranlarını da öngörebiliyor. Ancak bunlar için yapılan gözlemler biraz kuşkulu; çünkü ağır elementlerin yıldızlarda da üretilme ve tüketilme olasılığı var. Dolayısıyla onların ne kadarının Büyük Patlama kaynaklı olduğunu söylemek güç. Örneğin Büyük Patlama Kuramı, her 10 milyar hidrojen atomuna karşılık 5 lityum atomunun (burada sadece Li⁷izotopundan söz ediyoruz; üç proton ve dört nötrondan oluşan en yaygın lityum izotopudur) oluşmasını öngörüyor. Fakat yapılan gözlemler her 10 milyar hidrojen atomuna karşılık en fazla 2 lityum atomunun oluştuğunu gösteriyor.

Evrenbilimcilerin bu tutarsızlıktan kendilerini sorumlu tutmamalarının nedeni, gözlemleri suçlayabilmeleriydi. Yakın zamana kadar lityumun yıldızlarda sanılandan daha fazla tüketiliyor olma olasılığından söz ediliyordu. Ya da döteryumun hidrojene oranı öngörülenden biraz farklı olabilirdi. İşte kayıp lityum konusu bu nedenle askıda kalıyordu.

Ne yazık ki hidrojenin döteryuma oranı artık oldukça doğru biçimde biliniyor. O yüzden hem hidrojen-döteryum oranını, hem de hidrojen-lityum oranını açıklayabilecek olan tutarlı bir fiziksel yasalar ve sabitler kümesi bulmak hiç kolay değil.

Berilyum Baskılanması mı, Nötron Atılması mı?

Bu heyecan verici olurdu. Ortalıkta dolaşan söylentileri duymuşsunuzdur: “Yeni Fizik“e ilişkin kanıtlar olabilir mi? Evet, belki de olabilir. Andreas Goudelis, Maxim Pospelov ve Josef Pradler adlı üç araştırmacıya göre, sadece yeni fizik değil, yeni bir parçacık da söz konusu olabilir.

Düşüncenin temeli şu: Lityum izotopunun kaynağı, kararsız bir berilyum izotopudur. Dolayısıyla, şayet berilyum oluşumunu baskılayan bir parçacık varsa, lityum sorunu da kendiliğinden çözülmüş demektir. Araştırmacılar birkaç aday parçacık öneriyor. Aslında konu, berilyumun nasıl oluştuğu ile ilgili. Kurama göre iki helyum izotopunun füzyonu sonucunda berilyum oluşuyor. Bu da oldukça yavaş gerçekleşen bir süreç.

Olasılıklardan biri, berilyum ile tepkimeye giren bir parçacık olması ve berilyumun yeniden iki helyum izotopuna bozunmasına neden olduğu yönünde. Durum böyleyse, hidrojen-döteryum oranı (ya da helyum izotopları arasındaki oran) değişmeden lityum bolluğunda düşüş gerçekleşmesi mümkün. Üstelik böyle bir parçacık, helyum bolluğunu sadece çok ufak bir miktarda yükseltir.

Biraz daha karmaşık olan ikinci bir çözüm var: Döteryumdan bir nötronu dışarı atan bir parçacık. Bu fazlalık nötronlar çevrede dolaşarak, berilyum oluşumunu baskılamış olabilir. Bunun tam olarak nasıl gerçekleştiğini anlamak güç, fakat fazlalık nötronların iki helyum izotopu arasındaki dengeyi değiştirdiği ve böylece berilyum oluşumunu yavaşlattığı düşünülebilir. Normalde nötron eklemek durumu kötüye götürürdü; çünkü nötronlar aynı zamanda daha fazla döteryum yaratır. Bununla birlikte, bu nötronlar döteryumun parçalanmasından geliyor ve çoğu yeniden döteryum yapmaya gidiyor. Böylece denge yine kurulabiliyor.

Yeni Parçacık Nerede?

Araştırmacıların önerdiği çözümün geçerli olabilmesi için, sözü geçen yeni parçacığın kısa ömürlü olması gerekiyor. 1 saat mertebesindeki yaşam süreleri için herşey yolunda gibi görünüyor. İyi ama bu yeni parçacık nerede? Halen kayıp! Aslına bakarsanız, Standart Model’in ötesinde olduğu söylenen modellerin büyük bir bölümü, ekibin gereksinim duyduğu özelliklere sahip bir parçacığın varlığını kabul etmiyor; aksiyonlar dışında. Aksiyonlar pek çok grup tarafından  yoğun biçimde inceleniyor.

Şu anda işletilmeyen eski bir deney düzeneğinin, bu yeni parçacıklara duyarlı olabileceği düşünülüyor: Sıvı Sintilatör Nötrino Algılayıcı (İng. Liquid Scintillator Neutrino Detector). Belki de yeni parçacık, zaten elde edilmiş olan eski verilerin içinde keşfedilmeyi bekliyor olabilir.

Büyük Patlama’nın hemen ardından ilk elementleri oluşturan çekirdeksel tepkimeler.

Kaynak : bilimfili.com