Neden Parçacık Fiziği?

Parçacık fiziği, evrene bakış açımızı devrimsel bir şekilde kökten değiştirdi. Bununla birlikte, bilimin pekçok farklı alanlarına ciddi katkılar sağladı, günlük yaşantımızda vazgeçilmez değişimlere sebep oldu ve teknolojimizi her alanda daha ileriye taşıyacak yeni nesil bilim adamları yetiştirdi.

    Parçacık fiziği ile ilgilenenler için şöyle bir analoji kullanabiliriz: Bir insanın Everest tepesine tırmanması günlük yaşamında gerekli veya faydalı bir şey midir? Ne kadar enteresan olursa olsun, tabii ki ilk bakışta gereksiz bir gayret olarak görünür. Fakat içinde nefes alınabilir ve su geçirmez giysiler ilk olarak bu tür dağ tırmanışları için geliştirildi ve şimdi fabrikasyon yoluyla kolayca ulaşılabilir ürünler haline geldiler.

    Bu, insanoğlunun tarzıdır. Meydan okumaları seviyoruz ve her yeni meydan okuma, her aşılan engel, beraberinde pekçok keşif ve uzun süreli faydayla birlikte geliyor. Evreni anlama gayretiyle harcanan emekler ve kaynaklar da, başka alanlarda dolaylı ilerlemelere ve olaylara bambaşka açılardan bakabilen yeni nesil bilim insanlarının yetişmesine sebep oluyor. İşte tam da bu yüzden, parçacık fiziği veya yüksek enerji fiziği çalışmaları hayati bir role sahiptir. Fizikçiler yeni şeyleri ölçmeye başladığında, gerekli ekipman için ellerinde genelde bir katalog olmaz; kendi ekipmanlarını kendileri yapmak zorundadır. 

Günlük Hayatta Uygulamalar

    Bugün, parçacık fiziği araçları - karmaşık hızlandırıcılar, hassas dedektörler, devasa dijital hesaplama ağları, yüksek miktarda veri depolama aygıtları - medeniyetimizin ilerlemesinde küresel bir etkiye sahip ve fark etmesek de hali hazırda vazgeçilmez katkılarda bulunmaktadır. 

    Çünkü parçacık fiziği büyük sorular soruyor, tüm bilim tarihinin en büyük sorularını... cevaplar içinse daha yeni, daha büyük, daha yetenekli ekipmanlara ihtiyaç duyuyoruz.

    Çoğu insan parçacık fiziği ile geliştirilen teknoloji ile dirsek temasındadır. Mesela bir medikal öğrencisinin kıymetli vaktinin büyük kısmı teşhis sürecinde kullanılan cihazlar hakkında öğrenmekle geçiyor. Lazer tedavisinden, pozitronyuma, Röntgen'e kadar teşhis ve tedavide kullanılan sayısız yöntem parçacık fiziği yolculuğumuzda bulduğumuz kıymetli madenler gibidir. Onlarca yıl boyunca, parçacık fiziği araştırmaları, çarpışma sonucu açığa çıkan yeni parçacıkların izini sürmeye odaklandı. Benzer bir tür iz sürme, bilgisayar tomografisinde, MR ve PET taramalarında hekimlerin, hastanın vücudunun içindeki arızanın tam olarak ne olduğunu fark etmesi için kullanılıyor.

    Pek çok tedavi yöntemi parçacık fiziğini anlamada kullanılan sinkrotron denilen hızlandırıcı teknolojilerden esinlenmiştir. Bu hızlandırıcı temelli cihazlar, inanılmaz yoğunlukta X-ışınları üretebilmekte ve bu sayede virüslerin, hastalık kaynağı mutasyonların yapıları görülebilmekte, ilaç yapımındakullanılacak moleküller taranabilmekte ve kullanıma sunulacak en uygun yapı belirlenebilmektedir. Her yıl dünya çapında 10bin'den fazla hastanede, onmilyonlarca insan X-ışını, proton ve iyon terapileriyle kanser hastalıklarına çare arayışındadır. Tüm bunlar parçacık fiziğinin yansımalarıdır. 

    Hızlandırıcılara malzeme tedarik eden şirketler tarafından, daha büyük miktarda veri depolanması, parçacık izlerinin daha kesin şekilde belirlenmesi, daha hızlı işlem yapmaları ve daha küçük yer işgal etmeleri için geliştirilen yarı-iletken teknolojisi; bilgisayarlarımızda, tabletlerimizde ve akıllı telefonlarımızda her geçen gün daha bağımlı olarak kullandığımız şeylerdir. Dokunmatik ekran teknolojisinin ilk olarak CERN'de 1970'lerin başında kullanıldığını biliyor muydunuz? İnternet teknolojisinin yine CERN'deki çarpıştırmalar sonucunda elde edilen verinin fizikçiler tarafından paylaşılması için geliştirilen bir yöntem olduğunu biliyor muyuz? Dahası, biyolojide, kimyada, malzeme bilimlerinde ve bilgisayar teknolojilerinde parçacık fiziğinin sayılamayacak kadar çok etkisi olmuştur. Bir de hiç bilinmeyen başka bir örnek... Amerika'daki bir parçacık fiziği laboratuarı -Fermilab- tarafından geliştirilen "Scientific Linux" isimli bir işletim sistemi, güvenli, sade, hızlı olmasından dolayı dünya çapında 10milyon akademisyen tarafından ücretsiz olarak indirilmiştir ve biyolojiden malzeme fiziğine kadar geniş bir yelpazede kullanılmaktadır.

    Her zaman açıkça görmesek de, parçacık fiziği yaşantılarımızı daha kaliteli hale getirdi. Parçacık Fizikçilerinin adına aşina olduğu SLAC Ulusal HIzlandırıcı Laboratuarında Michael Peskin, "İnovasyonlar temel fizik araştırmalarından geliyor çünkü gittiğimiz yol bizi, çözümü sanatın da ötesinde olan, "imkansız" problemleri çözmeye sürüklüyor" diyor ve ekliyor: "Bu cevapları bulma tutkusu, bilimin en önemli problemleriyle yüzleşme zorunluluğundan kaynaklanıyor. Ulaşılan çözümler de diğer her branşta uygulama alanı buluyor."

    Parçacık fiziğinde insanlar bilinmeyenlere nasıl yaklaşacağını, kendi ekipmanını nasıl oluşturacağını ve asla vazgeçmemeyi öğreniyor. Korkunç miktarlarda veri kümeleriyle nasıl başa çıkacaklarını, büyük kolaborasyonlarda dünyanın her yerinden bilim adamlarıyla nasıl çalışacaklarını biliyor. Mesela, SLAC'ta data analizi grubundan Jerome Friedman, elindeki datadan faydalı bilgi elde etmek için içlerinde eBay, Yahoo, IBM ve Ford gibi isimlerin olduğu 25 şirketle ortak çalışma yürütmek durumunda kalmış. Çünkü elinizde çok büyük miktarlarda veri varsa, öyle bir algoritmaya sahip olmalısınız ki, verinin farklı kısımlarında neyi nasıl bulacağınızı ve ne şekilde arayacağınızı öngörebilesiniz. Yeni data eklendiğinde de böylece elinizde hazır tahminler bulunur ve işler hızlanır. GRID ve Cloud inisiyatifleri, büyük verileri saklama ve işlemede kullanılmak üzere tıpkı "World Wide Web" gibi bilimsel araştırmalar için tasarlanmışsa da hızla ticarileşmişler ve 45milyar dolar gibi bir değere ulaşmışlardır.

    Şimdiye kadar parçacık fizikçileri doğayı oluşturan en temel parçacıkları ve aralarındaki etkileşimleri öğrendiler. Bu da bu temel yapıları kullanarak yeni malzemeler, yeni uygulamalar ve yeni endüstri alanları oluşturmamızı sağladı. Dünya çapında 15,000 parçacık fizikçi, doğrudan bilimsel araştırmanın içindedir. Çok daha fazlası, bilgisayar, iş dünyası, finans, sağlık, eğitim, kominikasyon ve uzay endüstrileri gibi farklı branşlara katkı sağlamaktadır. Tüm Dünya'da 30,000 hızlandırıcı, tıp, endüstri, enerji, çevre, ulusal güvenlik ve bilimsel araştırma amacıyla aktif durumdadır. Sadece Amerika'da son 10 yılda parçacık fiziği üzerine 2000'den fazla doktora çalışması tamamlanmıştır. Maalesef bu sayı ülkemizden iki mertebe fazladır.

    Tabii ki, parçacık fiziğinin birincil amacı evreni anlamak ve nesneleri tanımlamaktır. Geçtiğimiz son 50 yılda parçacık fizikçileri evrenin bilinen kısmını en küçükten en büyük ölçeğe kadar "Standard Model" adıyla formülize ettiler. Temel parçacıkları ve bu parçacıkların arasındaki temel etkileşimleriyle Standard Model, görünen tüm evreni çok başarılı bir şekilde tarif eder. Laboratuarda keşfedilen her parçacığın bu modelde yeri vardır ki bu büyük bir başarıdır. Ancak henüz keşfedecek çok şey var. Evrenin %95'inden fazlasını oluşturduğunu düşündüğümüz karanlık madde ve karanlık enerji orada öylece açıklanmayı bekliyor. Evrenin büyük patlamadan bu yana oluşumunda temel bir rol üstlenen nötrinoların davranışları üzerine hala cevaplanmamış sorular mevcut. Evrenin doğuşu ve gelişimi hakkındaki anlayışımızı derinden etkileyeceği düşünülen ekstra boyutlar kavramı da izah edilmesi gereken bilinmeyenlerden... ve tüm bunlar aysbergin görünen kısmı!

Not: Parçacık fiziği hakkında konusunda uzman kişilerle yapılmış mini söyleşiler için güzel bir youtube hesabı var: http://www.youtube.com/watch?v=J26v-ikmNeg&list=PLVuf4hejm7rWnVsRcULB6wlrW3k6klOes