Karşı Madde Anti Madde Pozitron

Karşıtmadde Dünyası

Karşı-parçacıkların varlığı, kuantum mekaniği ile özel görelilik kuramının ilkelerinin doğrudan matematiksel bir sonucu olarak öngörüldü. 1928'de Cambridge’den kuramsal fizikçi Paul Adriyan Mourice Dirac(1902-1984), bu iki fikir kümesini birleştirdi. Dirac Denkleminin iki çözümü vardı. Bir çözüm,elektronun davranışlarını tanımlıyordu. Diğer çözüm ise pozitif elektrikle yüklü bir parçacığı işaret ediyordu. Matematiksel olarak bu durum, basit bir işlemle açıklanabilirdi. Kare kök dört kaçtır sorusunun iki yanıtı olduğunu bilirsiniz: Eksi 2 ya da artı 2.

Dirac, kuramına bilinmeyen bir parçacık sokmak istemediği için, başlangıçta o zaman için bilinen tek artı yüklü parçacık olan protonla özdeşleştirdi. Ancak, kısa süre içinde bu pozitif parçacığın elektrondan iki bin kat daha ağır olan proton olamayacağını, doğanın artı yüklü elektronlar içermesi gerektiğini tahmin etti. Dirac'ta deha belirtileri sık sık ortaya çıkardı.yine de "denklemim benden akıllı çıktı" demekten kendini alamamıştı. Çünkü "akıllı denklemin düşü" 1932'de gerçek oldu.

Pozitronun “Gözlenmesi”

Carl Anderson(1905-1991) 1932 yılında (aynı yıl Chadwick de nötronu keşfetmişti) pozitronu keşfetti. Anderson o zaman genç bir Cal Tech fizikçisiydi. Genç dediysem, atomaltı parçacıkları saptamak ve fotoğraflamak için bir “ Sis Odası” yapacak parlaklıkta bir gençten söz ediyorum. Bu keşfinden dolayı da 1936 yılında Nobel Ödülü’nü aldı. Anderson keşfini, sis odasındaki elektron gibi davranan, ama pozitif yüklü parçacıkların davranışını incelerken yaptı. Pozitif ve negatif yükleri ayırt etmek için onları bir manyetik alan içinde izlemek yeterliydi. Anderson, deneyiyle elektron gibi davranan bazı parçacıkları pozitif yüklü olduğunu manyetik alandaki izlerinden anladı.

Karşı-proton da 1955’te Owen Chamberlain (d.1920) ve Emilio Gino Segrè (1905-1989), Clyde Wiegand ve Tom Ypsilantis ile birlikte Berkeley’de keşfedildi.

Leopold İnfeld (Einsteinla çalışmış ünlü fizikçi) pozitron için şöyle der: “Bir benzetiş olsun diye pozitronu, kuantum kuramıyla görelilik kuramının yasal evliliğinden doğmuş çocuk olarak betimleyebiliriz.”

Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron, proton, nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken, yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler herbir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdi. Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron, proton, nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken, yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler her bir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdi Werner Heisenberg’e 20. yy’ın en ilginç buluşunun ne olduğu sorulduğunda, 1930’larda öngörülen karşıtmaddenin keşfi olduğunu belirtmişti. Bu keşfin “zıtların birliği” felsefesinin bir öngörüsü ya da doğrulanması olmadığının altını çizmeliyim!

Fotonun ve nötral pionun dışında bilinen her parçacığın bir karşıt-parçacığı var.

Sağ ve sol elinizi, parmakları aynı yöne bakacak şekilde üst üste getirmeyi deneyin. Getiremezsiniz ! Eldiven teklerini de aynı şekilde üst üste getiremezsiniz. Bir kere daha deneyin! Sağ ayağınızı sol ayakkabınızın tekine sokamazsınız. Buna ayna simetrisi denir. Pekala bir örnek daha: Dış görünüşü bakımından tamamıyla özdeş iki tür salyangoz vardır; ama bunlar evlerini ayrı biçimde yapar: Birinin kabuğunun kıvrımı saat yelkovanı yönünde ötekininki ters yöndedir. Doğa, şaşırtıcıdır. Sağ ve sol olmak üzere iki tür şeker vardır ve ister inanın ister inanmayın, şeker yiyen iki tür bakteri vardır ve bunlar yalnızca bu şekerlerden birini yer. Umarım artık inanmışsınızdır! Bu özellikte birçok molekül vardır. Bunun harika örnekleri de yalnızca kimyada (elbette organik kimyada) vardır.

Bu, çok ilginç bir gerçek. Doğa, hala, bizden harika, bizden yetenekli gibi görünüyor!

Karşıtmadde dünyasının keşfi, doğada simetrinin önemi konusunda bizleri düşündürmeye başladı.

Ayna, insanoğlunun çok önemli buluşlarından olsa gerek. Yapışık ikizler de tıbbın çok önemli konularından biri. Bir maddenin ikizi, önce atomlarında kendini gösteriyor. Bir elementin bir çok atomu, gerçekten birbirinin aynısıdır. Örneğin bir demir parçasında bulunan demir atomları hep aynıdır. Örneğin suda, su moleküllerinin hemen hepsi tıpa tıp aynıdır. Oysa burada sözünü edeceğimiz karşıtmadde örneği çok farklı. Bir parçacığın karşıtparçacığı, parçacıkla aynı kütle ve spine sahiptir ve eğer kararsız ise aynı yarı ömre sahiptir. Tek bir noktada birbirlerinden ayrılıyorlar: Varsa Yükleri farklı. Spini ve manyetik momenti arasındaki yönelim veya ters yönelim de parçacıkla ters yönlüdür.

Elektron negatif, pozitron pozitif; proton pozitif, karşıtproton ise negatif işaretli. Nötron ve karşıtnötron ise yüksüz. Ama nötron, değişik yükteki üç kuarktan oluşuyor. Bunlardan ikisinin yükü –1/3 diğerinin yükü ise +2/3. Anti-madde ve maddenin bir başka özelliği, birbirleriyle karşılaştıklarında birbirlerini yok ederler;örneğin ışığa (fotonlara) dönüşürler.