Çocukluğumdan beri
fizik hakkında
kafamı gerçekten kurcalayan bir şeyler var.
Bu, bilim adamlarının neredeyse 100 senedir sorduğu
cevapsız bir soru ile ilgili.
Doğadaki en küçük şeyler,
kuantum dünyasındaki parçacıklar,
doğadaki en büyük şeylerle nasıl örtüşüyor?
Gezegenler, yıldızlar ve galaksiler yer çekimiyle nasıl bir arada tutuluyor?
Çocukken, bunun gibi sorular üzerine kafa yorardım.
Mikroskoplar ve elektromıktanıstarla oynayıp durur
küçük şeylerin kuvveti ve kuantum mekaniği hakkında
yazılar okurdum.
Betimlemelerin gözlemlerimizle nasıl bu kadar iyi örtüştüğüne hayret ederdim.
Sonra yıldızlara bakar
yer çekimini ne kadar anladığmız hakkında yazılar okurdum.
Bu iki sistemin kesiştiği zarif bir yöntemin
kesinlikle var olması gerektiğini düşünürdüm.
Fakat böyle bir şey yok.
Kitaplar, bu iki alanı da ayrı ayrı çok iyi anladıklarını yazardı.
Fakat, ikisini matematiksel olarak ilişkilendirmeye çalıştığımızda
her şey bozulur.
Yüz yıldır,
bu fizik faciasını çözmek için ürettiğimiz fikirlerin hiçbiri
kanıtlarla desteklenmedi.
Bu benim için,
--küçük,meraklı, şüpheci James için--
son derece yetersiz bir cevaptı.
Bu yüzden, ben
hâlâ şüpheci,küçük bir çocuğum.
Şimdi 2015'in Aralık ayına,
kendimi, baş aşağı olan fizik dünyasının
tam ortasında tokat yemiş gibi bulduğum zamana gidelim.
Her şey, CERN'de, verilerimizde ilgimizi çeken bir şey görmemizle başladı.
Bu, yeni bir parçacığın belirtisi,
cevaplanamayan bu soruya belki de sıra dışı bir cevap için ipucuydu.
Sanırım hala şüpheci küçük bir çocuğum ama şimdi
aynı zamanda bir parçacık avcısıyım.
Ben CERN'in Büyük Hadron Çarpıştırıcısında (LHC)
şimdiye kadar yapılmış en büyük bilim deneyinde, fizikçiyim.
Bu Fransa ve İsviçre sınırında
yerin 100 metre altında
27 kilometrelik bir tünel.
Bu tünelde, protonları
neredeyse ışık hızı kadar hızlandırıp
saniyede milyonlarca defa birbirine çarptırmak,
bu çarpışmaların kalıntılarını toplayarak
yeni, keşfedilmemiş önemli parçacıkları araştırmak için
uzay boşluğundan daha soğuk süper iletkenli mıknatıslar kullandık.
Tasarımı ve inşaası dünyanın her yerinden
binlerce fizikçinin onlarca yılını aldı.
2015'in yazında, yorulmadan
LHC'yi insanoğlunun çarpıştırıcı deneylerinde
şimdiye kadar kullandığı en yüksek enerjide çalıştırmaya çalışıyorduk.
Daha yüksek enerji önemli
çünkü parçacıklar için enerji ve parçacık kütlesi arasında
bir eşitlik var ve
kütle sadece doğa tarafından koyulmuş bir sayıdır.
Yeni parçacıklar keşfetmek için
bu daha büyük sayılara erişmemiz gerek.
Bunun için daha yüksek enerjili çarpıştırıcı inşa edilmeliyiz,
ve dünyanın en büyük, en yüksek enerjili çarpıştırıcısı
Büyük Hadron Çarpıştırıcısıdır. (LHC)
Daha sonra, protonları katrilyonlarca kez çarpıştırır,
ve bu verileri aylarca çok yavaş bir şekilde toplarız.
Daha sonra yeni parçacıklar verilerimizde çıkıntılar olarak belirebilir.
Umduğunuzdan daha hafif sapmalar,
pürüzsüz bir çizgiyi pek de pürüzsüz yapmayan küçük veri noktaları kümeleri.
Mesela bu çıkıntı,
2012'de aylarca veri topladıktan sonra
Higgs parçacığının -Higgs bozonu - keşfedilmesinin ve
onun varlığının teyiti olduğu olarak
Nobel ödülünün yolunu açmıştır.
2015'te enerjideki sıçrama,
yeni parçacıklar keşfetmek ve bu sorulara yeni cevaplar bulmak için
insanoğlunun eline geçen
en iyi şansı temsil ediyordu.
Çünkü Higgs bozonunu keşfettiğimizde kullandığımız enerjinin
neredeyse iki katını kullanmıştık.
Çok sayıda meslektaşım tüm kariyerleri boyunca
bu an için çalışmışlardı ve bu benim için de
tüm hayatım boyunca beklediğim andı.
Bu yüzden, 2015 harekete geçme zamanıydı.
Böylece, 2015'in Haziran ayında
LHC tekrar çalışmaya başladı.
İş arkadaşlarım ve ben neseflerimizi tuttuk
ve sonunda bu gelmiş geçmiş en yüksek enerjide
ilk proton çarpışmalarını gördük.
Alkışlar, şampanyalar, kutlamalar.
Bu bilim için bir dönüm noktasıydı
ve bu yepyeni verilerde ne bulacağımıza dair hiçbir fikrimiz yoktu.
Ve birkaç hafta sonra bir çıkıntı keşfettik.
Bu çok büyük bir çıkıntı değildi ama
yine de gözlerimizi fal taşı gibi açtıracak kadar büyüktü.
Eğer sizi şaşırtacak şeyleri 10 üzerinden puanlarsak ve 10,
yeni bir parçacık keşfettiğinizi gösteriyorsa
bu, 4 puan alır.
(Gülüşmeler)
Saatlerimi, günlerimi, haftalarımı meslektaşlarımla gizli toplantılarda
bu küçük çıkıntı üzerine tartışmak için harcadım.
İncelemelere dayanıp dayanamayacağını görmek için
onu, en deneysel çubuklarımızla dürtükledik.
Fakat, aylarca süren ateşli çalışmanın ardından bile
- ofislerde sabahlayıp, eve gitmeyerek,
akşam yemeği için gofret yiyip
kovalarca kahve içerek -
ki fizikçiler kahveyi grafiğe döken makinalardır.
(Gülüşmeler)
Bu küçük çıkıntı bir türlü kaybolmadı.
Böylece, birkaç ay sonra
bu küçük çıkıntıyı şu şekilde açık bir mesajla dünyaya sunduk:
"Bu küçük çıkıntı ilginç ama sabit değil
bu yüzden biz daha fazla veri toplarken gözünüz üzerinde olsun."
Bu konuyla ilgii aşırı sakin olmaya çalışıyorduk.
Fakat dünya bu bilgiyle aşırı heyecanlandı.
Haberler bu bilgiye bayıldı.
İnsanlar, bunun onlara Higgs bozonunun keşfine doğru beliren
çıkıntıyı hatırlattığını söyledi.
Dahası, benim kuramcı meslektaşlarım
-ki kuramcı meslektaşlarımı çok severim-
bu küçük çıkıntıyla ilgili 500 sayfalık yazı yazdılar.
(Gülüşmeler)
Parçacık fiziği dünyası tepe taklak olmuştu.
Peki, binlerce fizikçinin toplu olarak bu özel parçacıkla ilgili
aşırı heycanlanmasına sebep olan şey neydi?
Bu küçük çıkıntı eşsizdi.
Bu küçük çıkıntı bize,
kalıntısı yalnızca iki fotondan yani iki ışık biriminden oluşan
beklenmedik sayıda çok çarpışmaya tanık olduğumuzu
gösteriyordu,
ki bu çok nadirdir.
Parçacık çarpışmaları araba çarpışmalarına benzemez.
Farklı kuralları vardır.
İki parçacık, ışık hızı kadar bir hızla çarpıştığında
kuantum dünyası devreye girer.
Kuantum dünyasında,
bu iki parçacık çarpıştığında
dedektörümüze çarpan diğer parçacıklara bölünmenden önce
çok kısa bir anlığına yaşayan yeni bir parçacık yaratabilir.
Çarpışmanın etkisiyle iki arabanın da ortadan kaybolup bir bisikletin oluştuğu
bir kaza düşünün.
(Gülüşmeler)
Sonra bisiklet patlıyor ve dedektörümüze çarpan
iki kaykaya dönüşüyor.
(Gülüşmeler)
Tabi umarım böyle bir şey olmaz.
Çünkü dedektörlerimiz çok pahalı.
Dedektörlerimize yalnızca iki fotonun çarptığı olaylar çok nadirdir.
Fotonların özel kuantum özellikleri nedeniyle de
yalnızca iki fotonun ortaya çıkmasını sağlayacak
çok az sayıda olası yeni parçacıklar
- yani şu hayali bisikletler - mecvut.
Ama bu olasılıklardan bir tanesi çok büyük
ve bu olasılık küçücük bir çocukken kafama takılan
yer çekimiyle ilgili o uzun soluklu soruyla alakalı.
Yer çekimi size olağanüstü güçlü görünebilir.
Fakat, aslında doğanın diğer güçleriyle karşılaştırıldığında
inanılmaz derecede zayıf.
Zıpladığım zaman kısa bir süreliğine yer çekimini yenebilirim
ama bir protonu elimden çıkaramam.
Doğadaki diğer güçlerle karşılaştırıldığında yer çekiminin gücü ne midir?
10 üzeri -39'dur.
Yani sorasında 39 tane 0 olan ondalık bir sayıdır.
Daha da kötüsü,
doğanın bilinen bütün güçleri,
Standard Model dediğimiz şeyle mükemmel bir şekilde tanımlanmış
ki bu doğanın, en küçük ölçülerde, mevcut olan en iyi tanımıdır ve
açık yüreklilikle söyleyebilirim ki, bu
- Standart Modelin dışında kalan yer çekimi hariç -
insanoğlunun en büyük, en önemli başarılarından biridir.
Bu çılgınca bir şey.
Neredeyse yer çekiminin çoğu kaybolmuş gibi bir şey.
Onun birazını hissedebiliyoruz ama
geri kalanı nerede?
Kimse bilmiyor.
Ancak, kuramsal bir açıklama çılgınca bir fikir ortaya atıyor.
Sen ve ben --
hatta sen arkadaki --
biz, uzayın üç boyutunda yaşıyoruz.
Umarım bu tartışmaya açık bir ifade olmamıştır.
(Gülüşmeler)
Bilinen parçacıkların tümü de uzayın üç boyutunda yaşıyor.
Aslında, parçacık, üç boyutlu alandaki uyarımın,
yani uzaydaki bölgesel bir sallantının
başka bir adıdır.
Daha da önemlisi, bütün bunları tanımlamak için kullandığımız
bütün matematik uzayda sadece üç boyutun var olduğunu varsayıyor.
Ama matematik matematiktir,onunla istediğimiz şekilde oynayabiliriz.
İnsanlar da uzun zamandır uzayın ilave boyutlarıyla oynuyordu
fakat bu her zaman
soyut bir matematiksel kavram olarak kaldı.
Yani, sadece etrafınıza bakın -- sen arkadaki, etrafına bak --
uzayın sadece üç boyutunun olduğu apaçık.
Peki ya bu doğru değilse?
Ya kayıp yer çekimi bize görünmeyen
uzay dışı bir boyuta sızıyorsa?
Ya yer çekimi en az diğer güçler kadar güçlüyse ve
bunu sadece uzay dışı boyutta gözlemleyebiiyorsan ve
bizim deneyimlediğimiz yer çekiminin onu çok güçsüz gösteren
sadece ufacık bir kısmıysa?
Eğer bunlar doğruysa,
parçacıkların Standart Modelini,
ilave bir boyutu kapsayacak şekilde
yani yer çekiminin hiperboyutlu parçacığı olan
uzay dışı boyutlarda yaşayan özel uzaysal gravitonu
kapsayacak şekilde genişletmeliyiz.
Yüz ifadelerinizi görebiliyorum.
Muhtemelen bana "Üç boyutta sıkışıp kalmış olarak
nasıl bu çılgın bilim kurgu fikrini test edeceğiz?"
sorusunu soruyorsunuzdur.
Her zaman yaptığımız gibi,
iki protonu birbirine çarptırarak --
(Gülüşmeler)
Çarpışmanın,
tekrar LHC'nin üç boyutuna geri dönen,
iki foton yani iki ışık parçacığı tüketen bu hiperboyutlu gravitonu,
anlık olarak yaratarak
mevcut olabilecek herhangi bir
ilave-uzamsal boyutta yankılanması
oldukça zordur.
Bu varsayımsal ilave boyutlu graviton,
bizim ufak, iki-fotonluk çıkıntımıza sebep olabilecek
özel kuantum özelliklerine sahip
tek olası varsayımsal yeni parçacıklardan biridir.
Yani, yer çekiminin gizemini açıklama ve
uzayın ilave boyutlarını keşfetme olasılığı --
belki şimdi neden binlerce fizikçinin hep beraber
bizim ufak iki fotonluk çıkıntımız için aşırı heyecanlandığını
birazcık anlayabilmişsinizdir.
Bu tür bir keşif
ders kitaplarını baştan yazdırır.
Ama unutmayın,
bizim, yani o zaman bu işle uğraşan deneyselcilerin mesajı oldukça açıktı:
Daha fazla veriye ihtiyacımız var.
Daha fazla veriyle,
küçük çıkıntı ya gıcır gıcır bir Nobel Ödülüne dönüşecek
(Gülüşmeler)
ya da fazla veri çıkıntının etrafındaki boşluğu doldurup
onu güzel pürüzsüz bir çizgiye dönüştürecekti.
Böylece, daha fazla veri topladık ve
birkaç ay sonra, beş kat fazla veriyle
küçük çıkıntımız
pürüzsüz bir çizgiye dönüştü.
Gazeteler "büyük hayal kırıklığı", "sönen umutlar" ve
parçacık fizikçilerinin "ne kadar üzgün oldukları" ile ilgili yazılar yazdı.
Gazetelerde yazılanlara bakınca,
bizim LHC'yi kapatıp eve gitmeye karar verdiğimizi düşünürdünüz.
(Gülüşmeler)
Ama biz öyle yapmadık.
Peki
neden öyle yapmadık?
Yani, eğer bir parçacık keşfetmediysem - ki keşfetmedim -
neden burada sizinle konuşuyorum?
Neden sadece utançla başımı eğip
eve gitmedim?
Parçacık fizikçileri
araştırmacıdır.
Bizim yaptığımız daha çok harita çizimi.
Şöyle anlatayım: bir saniyeliğine LHC'yi unutun.
Uzak bir gezegene varmakta olan,
uzaylı arayan bir uzay araştırmacısı olduğunuzu hayal edin.
İlk göreviniz nedir?
Hemen gezegenin yörüngesinde dönmek, iniş yapmak,
bariz yaşam belirtileri için hızlıca etrafa göz atmak
ve ana üsse raporlamak.
Şu anda biz bu aşamadayız.
LHC'ye, yeni, gözle açık bir şekilde görülebilen parçacıklar
var mı diye bir baktık ve şimdi olmadığını raporlayabiliriz.
Uzaktaki bir dağda tuhaf görünümlü uzaylı bir çıkıntı gördük
fakat yakınlaştığımızda onun bir kaya olduğunu anladık.
Peki sonra ne yaparız? Pes edip geri mi döneriz?
Tabi ki hayır.
Eğer öyle yaparsak berbat birer bilim adamı oluruz.
Hayır, bir sonraki birkaç on yılı,
keşfederek, bölgenin haritasını çıkararak,
toprağı ince aralıklı aletlerle dikkatle inceleyerek,
her taşın altına bakarak,
yüzeyin altını kazarak geçiririz.
Yeni parçacılar
büyük, gözle görülebilecek kadar bariz çıkıntılar halinde
ya hemen belirir ya da
kendilerini yıllarca süren veri toplamanın ardından gösterir.
İnsanlık, yüksek yoğunluktaki enerjideki
yani LHC'deki keşfine daha yeni başladı
ve daha yapılacak çok araştırmamız var.
Peki, ya 10 ya da 20 yıl geçtikten sonra bile
yeni bir parçacık keşfedemezsek?
Daha büyük bir makine inşa ederiz.
(Gülüşmeler)
Daha yüksek enerjilerde araştırmalar yaparız.
Parçacıkları LHC'nin enerjisinin
10 katı enerjide çarpıştırabileceğimiz
100 km'lik tünelin planlaması devam ediyor.
Doğanın yeni parçacıkları nereye koyacağına biz karar vermiyoruz.
Biz sadece araştırmaya devam etmeye karar veriyoruz.
Peki, ya 100 km'lik ya da 500 km'lik tünel
ya da Dünya ve Ay arasında uzayda süzülen
10.000 km'lik çarpıştırıcıdan sonra bile
yeni parçacıklar bulamazsak?
O zaman, belki de parçacık fiziğini yanlış yapıyoruzdur.
(Gülüşmeler)
Belki bir şeyleri yeniden düşünmeliyizdir.
Belki şu anda sahip olduğumuzdan daha fazla kaynağa,
teknolojiye, uzmanlığa ihtiyacımız vardır.
Zaten yapay zeka ve LHC'de makine öğrenme tekniklerini kullanıyoruz ama
kendine hiperboyutlu graviton keşfetmeyi öğretebilen,
böyle ileri teknoloji ürünü algoritmaları kullanarak
parçacık fiziği deneyi tasarladığınızı hayal edin.
Peki ya yapay zeka bile sorularımızı cevaplamada bize yardımcı olamazsa?
Ya bu yüzyıllarca cevaplanamamış sorular
öngörülebilir gelecekte de cevaplanamamaya mahkumsa?
Ya küçüklüğümden beri aklımı kurcalayan şeyler
hayatım boyunca cevaplanamamaya mahkumsa?
İşte o zaman,
daha da büyüleyici olacak.
Tamamen yeni şekillerde düşünmek zorunda kalacağız.
Varsayımlarımıza geri gidip
bir yerde kusur olup olmadığını saptayacağız.
Yüzyıllık sorularda yeni bakışlara ihtiyaç duyduğumuzdan
bilim araştırmalarında bize katılmaları için
daha çok insanı cesaretlendirmemiz gerekecek.
Bunların cevaplarını ben de bilmiyorum ama hala arıyorum.
Ama biri
- belki şimdi ilkokulda belki de henüz doğmadı -
fiziği, en sonunda
tamamen yeni bir bakış açısıyla görmemizi sağlayacak ve
belki de yanlış soruları sorduğumuzu bize gösterecek.
Ki bu fiziğin sonu değil
yeni ve farklı bir başlangıcı olacak.
Teşekkürler.
(Alkışlar)