ABD’li parçacık fizikçileri kısa bir süre önce federal fon almasını umdukları büyük araştırma projelerinin bir listesini önerdiler.
ANAHTAR ÇIKARIMLAR
- Parçacık Fiziği Projeleri Önceliklendirme Paneli, önümüzdeki beş ila on yıl içinde hangi araştırmaların finanse edilmesi gerektiğine ilişkin tavsiyelerini detaylandıran bir rapor yayınladı.
- Öneriler müonlar, nötrinolar, karanlık madde ve Higgs bozonu gibi fenomenleri inceleyecek araştırmaları kapsamaktadır.
- Tavsiyeler bağlayıcı olmamakla birlikte, Amerikan parçacık fiziği topluluğunun kararını yansıtmakta ve fizik araştırmalarındaki en yaratıcı fikirlerden bazılarını temsil etmektedir.
ABD parçacık fiziği topluluğu, uzun yıllar süren bir incelemenin ardından önümüzdeki beş ila on yılı kapsayan araştırma vizyonunu açıkladı. Çeşitli projeler, finanse edilmeleri halinde, araştırmacıların doğa yasalarını çok daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir.
Tavsiyeler “Kuantum Evrenini Keşfetmek” adlı bir raporda yayımlandı: Parçacık Fiziğinde İnovasyon ve Keşif Yolları” başlıklı raporda yayınlandı. Yüksek Enerji Fiziği Danışma Paneli’nin (HEPAP) bir alt paneli olan Parçacık Fiziği Projeleri Önceliklendirme Paneli (P5) tarafından kaleme alınan rapor, önümüzdeki on yıl boyunca finansman kararlarına rehberlik etmesi için ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi ve Ulusal Bilim Vakfı gibi finansman kurumlarına sunulacak.
Parçacık fiziğinin geleceği
Parçacık fizikçileri, maddenin davranışını laboratuvarda şimdiye kadar ulaşılan en uç koşullar altında incelemektedir. Protonlar ve elektronlar gibi atom altı parçacıkları neredeyse ışık hızına kadar hızlandırıyor ve büyük ve güçlü parçacık hızlandırıcıları kullanarak bunları birbirine çarptırıyorlar. Dünyanın en güçlü hızlandırıcısında bilim insanları 7 trilyon santigrat derece gibi akıl almaz bir sıcaklığa ulaşabiliyorlar. Bu sıcaklık Güneş’in merkezindeki sıcaklığın 100.000 katından fazladır ve Evrenin yarısından görülebilecek kadar parlak bir yıldızın patlaması olan bir süpernovanın merkezinden yaklaşık 100 kat daha sıcaktır. Evrende bu sıcaklığın yaygın olduğu son zaman Büyük Patlama’dan bir saniyenin trilyonda birinden daha kısa bir süre sonraydı.
Kuantum alemini yöneten yasalar ile tüm Evreni yöneten yasalar arasındaki derin bağlantılar uzun zamandır biliniyor ve araştırmacılar onlarca yıldır bunları inceliyor. Bu tür deneyler, binlerce fizikçi, mühendis, bilgisayar uzmanı, teknisyen ve çeşitli destek personelini içeren çok büyük parçacık hızlandırıcıları ve dedektörleri gerektirir. Böylesine önemli bir çaba, dikkatli bir planlama ve bağımsız gözetim gerektirir.
Yaklaşık her beş yılda bir, ABD parçacık fiziği topluluğu önceki beş yılda kaydedilen ilerlemeyi değerlendirir. Bu bilgileri, hangi çabaların yakın vadede ilerleme sağlama olasılığının en yüksek olduğunu belirlemek için kullanır. Topluluk, bütçeler ve gerekli teknolojinin var olup olmadığı veya ileri düzeyde geliştirilip geliştirilmediği gibi gerçek dünyaya ilişkin hususları dikkate almalıdır. Ayrıca bilimsel etki gibi hususları da göz önünde bulundururlar. Hem P5 hem de HEPAP, hangi projelerin takip edilmesi gerektiği konusunda nihai kararı veren danışma ve hükümet finansman kurumlarıdır.
P5 raporu çeşitli boyutlarda ve etkilerde projeler önermektedir. Daha büyük projelerden biri, Evrenin kozmik mikrodalga arka planını incelemek için dördüncü nesil bir çabadır. Bu mikrodalgalar Büyük Patlama’nın tespit edilebilen en eski kalıntısıdır ve Evren’in emekleme dönemine doğrudan bir bakıştır. Bir diğer büyük proje ise Fermilab hızlandırıcı kompleksinin, zaten dünya standartlarında olan nötrino araştırma programını geliştirmek üzere yenilenmesini içeriyor. Fermilab Amerika’nın amiral gemisi parçacık fiziği laboratuvarıdır ve nötrinoların davranışlarını incelemek için benzeri görülmemiş bir çaba geliştirmektedir; nötrinolar o kadar nadir etkileşime girerler ki tüm Dünya’dan sadece çok küçük bir etkileşim şansı ile geçebilirler. Nötrino çalışmaları, en iyi teorilerimiz antimaddenin de eşit derecede mevcut olması gerektiğini öne sürerken, Evren’in neden yalnızca maddeden oluşuyor gibi göründüğüne ışık tutabilir.
P5 raporu ayrıca, sıradan maddeden beş kat daha yaygın olduğu düşünülen hayalet bir madde formunu arayacak üçüncü nesil bir karanlık madde deneyinin oluşturulmasını önermektedir. Eğer karanlık madde varsa, Dünya’dan etkileşime girme şansı çok az olacak şekilde geçmesi gerekir. Maddenin bu teorik formunu tespit etme umudu, odaklanmış bir çaba ve ileri teknoloji gerektirecektir.
Ayrıca 2012 yılında keşfedilen ve diğer atom altı parçacıklara kütle kazandıran Higgs bozonu üzerinde detaylı çalışmalar yürütecek Avrupa ya da Asya’da kurulacak bir hızlandırıcıya Amerika’nın katılımı da önerilmektedir.
İddialı önerilerden biri de bilim insanlarının yüksek enerjili bir müon çarpıştırıcısı kurulmasını araştırmalarıdır. Müonlar elektronlara benzer ancak daha ağırdır. Bir diğer fark ise müonların saniyenin çok küçük bir bölümünde bozunmasıdır. Bir müon çarpıştırıcısı yapmak için araştırmacıların müonlar yaratması, onları yakalaması ve daha sonra onları hızlandırarak çok kısa bir süre içinde bir araya getirmesi gerekecektir. Böyle bir tesisin mümkün olup olmadığı henüz belli değil, ancak ülkenin hızlandırıcı bilim camiasının böyle bir hızlandırıcının uygulanabilir olup olmadığını görmek için işbirliği yapması öneriliyor.
Gelecekteki daha mütevazı fiyatlı olası tesisler arasında IceCube dedektörünün yükseltilmesi yer almaktadır. IceCube, şimdiye kadar yapılmış en enerjik nötrinolardan bazıları da dahil olmak üzere kozmik nötrinoları incelemek için Antarktika’da bir kilometreküp buz kullanıyor. Kozmik nötrinoların incelenmesi astronomlara süpernovalar, çarpışan nötron yıldızları ve devasa kara deliklerin çevresinde hızlanan madde gibi bazı çok şiddetli astronomik fenomenler hakkında fikir verebilir. IceCube’ün ikinci nesli, daha da hassas ölçümler yapmak için on kilometre küp kadar buz kullanabilir.
P5 komitesinin tavsiyeleri bağlayıcı olmamakla birlikte, Amerikan parçacık fiziği topluluğunun kararını yansıtmaktadır. P5’in toplanmasından önce binlerce fizikçi Snowmass Süreci’nde birlikte çalıştı. Birkaç yıl boyunca araştırmacılar en iyi fikirlerini ortaya koydular ve bunları tartışmak için büyük konferanslarda bir araya geldiler. Tartışma, eleştiri ve iyileştirme yoluyla Snowmass’tan çıkan öneriler, doğa kanunlarına ilişkin anlayışımızı geliştirmeye yönelik en yaratıcı fikirlerden bazılarını temsil etmektedir.
P5 komitesi Snowmass önerilerini aldı – bazılarını rafine etti ve diğerlerini budadı – ve geri kalanları finansman ajanslarına iletecek. Süreçteki bir sonraki adım DOE ve NSF gibi kurumların uluslararası meslektaşlarına danışmaları ve mali gerçekleri göz önünde bulundurmaları olacaktır. Önümüzdeki bir yıl içinde, Amerika’daki parçacık fiziği araştırmalarının geleceğinin neye benzeyeceği netleşecek.
*Bu yazı Physicists unveil 10-year plan for exploring the quantum Universe başlıklı yazıdan çevrilmiştir.
