Higgs bozonunun kararsızlığı evrenin çökmesine neden olabilir. Higgs alanındaki bir faz geçişi, fizik yasalarını değiştirerek evrenin sonunu getirebilir. Yeni bir araştırma, hafif ilksel kara deliklerin varlığını ve bunların Higgs alanıyla olan etkileşimlerinin bu sona nasıl yaklaştırabileceğini vurguluyor.
Evrenimiz 13.7 milyar yıllık varlığının ardından sabit gibi görünse de çeşitli deneyler, çökme tehlikesiyle karşı karşıya olduğunu gösteriyor. Ve tüm bunlar tek bir temel parçacığın kararsızlığına bağlı: Higgs bozonu.
Bilim insanları yayımladıkları yeni bir araştırmada, hafif ilkel kara delikler olarak bilinen nesneleri içeren bazı erken evren modellerinin doğru olma ihtimalinin düşük olduğunu, çünkü şimdiye kadar evreni sona erdirmek için Higgs bozonunu tetiklemiş olacaklarını gösteriyorlar. Higgs bozonu bilinen tüm parçacıkların kütle ve etkileşimlerinden sorumlu olan parçacık. Çünkü temel parçacıkları kütlelerini, Higgs alanı olarak bilinen bir alanla etkileşmeleri sonucunda kazanmakta. Higgs bozonunun varlığını, bu yüzden bu alanın da var olduğunu biliyoruz.
Bu alanı içinde yüzebileceğimiz harika bir durgun su banyosu olarak hayal edin. Tüm evren boyunca aynı niteliklere sahip. Bu da evrenin her yerinde aynı kütleleri ve etkileşimleri gördüğümüz anlamına geliyor. Bu sabitlik, binlerce yıl boyunca aynı fiziği görmemizi ve tanımlamamızı sağladı (astronomlar genellikle zamanda geriye bakarlar). Ancak Higgs alanının en düşük enerji durumunda olması pek olası değil. Yani muhtemelen durumunu değiştirebilir ve belirli bir bölgede daha düşük bir enerji seviyesine inebilir. Ancak bu gerçekleşirse, fizik yasaları önemli ölçüde değişecektir.
Fizikçiler böyle bir dönüşümü faz geçişi olarak adlandırır. Su buharlaşıp kabarcıklar oluşturduğunda olan budur. Higgs alanındaki bir faz geçişi, tamamen yeni özelliklere sahip düşük enerjili uzay kabarcıkları üretir. Böyle bir kabarcıkta elektronların kütleleri ve diğer parçacıklarla etkileşimleri önemli ölçüde değişecek, atom çekirdeğini oluşturan ve kuarklardan meydana gelen protonlar ve nötronlar aniden yer değiştirecektir. Aslında böyle bir değişim yaşayan kimse büyük olasılıkla bu değişimi açıklayamayaz.
Sabit Risk
Cern’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) yapılan son parçacık kütle ölçümleri böyle bir olayın gerçekleşebileceğine işaret ediyor. Ancak endişelenmemek gerek; bu ancak araştırmacılar emekli olduktan birkaç bin kere milyar kere milyar yıl sonra gerçekleşebilir. Sonuçta parçacık fiziği bölümlerinin koridorlarında, Evren’in istikrarsız değil “meta-kararlı” olduğu, çünkü dünyanın sonunun yakın olmadığı söylenir.
Higgs alanı bir baloncuk oluşturmak için geçerli bir nedene ihtiyaç duyar. Atomların ve parçacıkların mikrokozmosunu yöneten teori olan kuantum mekaniği, Higgs enerjisinin sürekli dalgalanmasına neden olur. Ve Higgs’in zaman zaman bir kabarcık oluşturması pek olası olmasa da istatistiksel olarak mümkündür (bu da neden bu kadar uzun sürdüğünü açıklıyor).
Ancak güçlü kütlççekim alanları ya da sıcak plazma (yüklü parçacıklardan oluşan bir tür madde) gibi dış enerji kaynakları mevcut olduğunda senaryo değişir: Alan, bu enerjiyi ödünç alarak daha kolay kabarcıklar üretebilir. Nihayetinde Higgs alanının bugün çok sayıda kabarcık yarattığına inanmak için çok az neden olsa da, kozmolojideki göz önündeki bulundurulması gerekene durumlardan biri de Büyük Patlama’dan hemen sonra var olan aşırı koşulların bu tür kabarcıklara neden olup olamayacağıdır.
Bununla birlikte evren aşırı sıcak olduğu bir durumundayken Higgs kabarcıklarının oluşumuna yardımcı olacak enerji mevcut olmasına rağmen termal etkiler de kuantum özelliklerini değiştirerek Higgs’i stabilize etti. Nitekim bu ısı, evrenin sona ermesine neden olamazdı, bu da büyük ihtimal hala hayatta olmamızın nedeni.
İlksel Kara Delikler
Çalışmada (Büyük Patlama’yı takip eden ilk günlerde bulunan dengeleyici termal etkiler olmadan) sürekli olarak bu tür bir kabarcıklanmaya neden olacak bir ısı kaynağı keşfedildi. Sözkonusu ısı kaynağı, evrenin erken dönemlerinde uzay-zamanın aşırı yoğun bölgelerinin çökmesiyle oluşan bir kara delik türü olan ilksel bir kara delik. İlksel kara delikler, yıldızlar çöktüğünde oluşan geleneksel kara deliklerden farklı olarak, bir gram kadar küçük olabiliyor.
İlksel karadeliklerin varlığında(altta) ve yokluğunda(üstte) evrenin oluşumu | Kredi: Avrupa Uzay İstasyonu
Bu tür hafif kara deliklerin varlığı, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra evrenin tarihini tanımlayan birkaç teorik model tarafından öngörülmekte. Bu modellere Büyük Patlama’nın ardından Evren’in dramatik bir şekilde genişlediğini iddia eden çeşitli enflasyonist modeller de dahildir. Bununla birlikte ilksel karadeliklerin varoluşunu kanıtlamak, önemli bir uyarıyı da beraberinde getiriyor: Stephen Hawking 1970’lerde kuantum mekaniğine göre kara deliklerin olay ufuklarından (ışığın bile kaçamadığı bölge) radyasyon sızdırarak yavaşça buharlaştığını gösterdi.
Hawking, kara deliklerin evrendeki ısı kaynakları gibi davrandığını ve sıcaklıklarının kütleleriyle ters orantılı olduğunu kanıtladı. Bu da hafif kara deliklerin büyük kara deliklerden çok daha sıcak olduğu ve daha hızlı buharlaştığı anlamına geliyor. Özellikle birçok teorinin öngördüğü gibi, birkaç trilyon gramdan daha hafif ilksel kara delikler evrenin erken dönemlerinde (Ay’ın kütlesinden 10 milyar kat daha küçük) ortaya çıkmış olsaydı, şimdiye kadar yok olmuş olurlardı. Higgs alanı varlığında bu tür olaylar gazlı bir içeceğin içindeki yabancı maddelere benzer şekilde işlev görecek, kütleçekimi (kara deliğin kütlesi nedeniyle) ve ortam sıcaklığı (Hawking radyasyonu nedeniyle) etkileri yoluyla sıvının enerjisine katkıda bulunacaktır.
İlksel kara delikler buharlaşarak evreni küçük ölçekte ısıtır. Tipik Hawking sıcaklıklarından daha soğuk kalırken evrenin geri kalanından çok daha sıcak olabilecek sıcak bölgelerin ortasında evrimleşeceklerdir. Analitik hesaplamalar ve sayısal simülasyonların bir karışımını kullanarak bu sıcak noktaların varlığının sürekli olarak Higgs alanının kabarmasına neden olacağı çalışma içerisinde öne sürüldü.
Ama hala buradayız, bu da bu tür nesnelerin var olma ihtimalinin son derece düşük olduğu anlamına geliyor. Aslında onların varlığını öngören tüm kozmolojik modelleri çöpe atmalıyız, ta ki eski radyasyon veya kütleçekim dalgalarında daha önce var olduklarına dair kanıt bulana kadar. Bulunduğu takdirde Higgs alanı hakkında bilmediğimiz ve buharlaşan ilksel kara deliklerin varlığında fokurdamasını engelleyen bir şey olduğu anlamına gelecektir. Öyle ki tamamen yeni parçacıklar ya da kuvvetlere kapı aralanabilir.
Her halükarda, evren hakkında hem mikroskobik hem de büyük boyutlarda öğrenilecek daha çok şey olduğu açık.
Higgs Alanı ve Kara Delikler ile ilgili diğer yazılarımıza da bir bakış atabilirsiniz.
Haberin kaynağı: sciencealert.com/higgs-particles-and-tiny-black-holes-could-have-destroyed-our-universe
Derleyen: Erdem Gözay
