OSQAR deneyi, CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) tarafından yürütülen bir dizi parçacık fiziği deneyinin adıdır. OSQAR (“The Optical Search for QED Vacuum Birefringence, Axions and Photon Regeneration”)ifadesinin Türkçe çevirisi şu şekildedir: “Optics Studies and Quantum Measurements” (Optik Çalışmalar ve Kuantum Ölçümleri) kısaltabiliriz.
Şimdi sizlerle OSQAR kısaltmasında geçen kelimelerin açıklamalarına birlikte bakalım.
“The Optical Search” ifadesi, genellikle optik veya ışık temelli deneyleri ifade eder. Bu tür deneyler, ışığın veya elektromanyetik radyasyonun özelliklerini incelemek veya belirli fenomenleri araştırmak için kullanılır. Bu deneyler, optik bileşenler, lazerler, ışık dedektörleri ve benzeri araçlar kullanarak gerçekleştirilebilir.
“The Optical Search” terimi, bir deneyin adı olarak kullanılabileceği gibi, daha genel olarak optik veya ışıkla ilgili herhangi bir araştırmayı ifade edebilir. Işığın yayılması, yansıması, kırılması, soğurulması ve farklı ortamlarda davranışı gibi konuları anlamak için optik araştırmalar yapılabilir. Aynı zamanda fotonların etkileşimleri, optik modülasyon, fotonik kristaller ve optoelektronik cihazlar gibi konuları içeren geniş bir alanı kapsayabilir.
QED, “Quantum Electrodynamics” (Kuantum Elektrodinamiği) ifadesinin kısaltmasıdır. QED, modern teorik fizikteki temel bir konsept olan elektromanyetizmanın kuantum mekanik çerçevesinde açıklanması için geliştirilen bir teoridir. Elektromanyetizma, elektrik yükleri ve elektromanyetik alanlar arasındaki etkileşimleri inceleyen fiziksel bir teoridir. Kuantum elektrodinamiği, Richard Feynman, Julian Schwinger ve Tomonaga Shinichiro gibi fizikçiler tarafından geliştirilmiştir ve 20. yüzyılın ortalarında büyük bir başarıya ulaşmıştır. Bu teori, temelde fotonlar (ışık parçacıkları) ve elektrik yüklü parçacıklar arasındaki etkileşimleri kuantum mekanik prensipleriyle açıklar. QED, parçacık fiziğinin Standart Modeli içinde yer alır ve temel parçacıkların (örneğin elektronlar ve pozitronlar gibi) davranışını açıklamak için kullanılır. QED’e göre, parçacıkların etkileşimleri fotonlar aracılığıyla gerçekleşir ve bu etkileşimler belirli kuantum kurallarına tabidir. Feynman diyagramları gibi araçlar kullanılarak, QED içindeki etkileşimleri modellemek ve hesaplamak mümkündür.
Kuantum elektrodinamiği, kuantum alan teorilerinin öncüsüdür ve modern teorik fizikte oldukça önemli bir role sahiptir. QED‘in başarısı, benzer yaklaşımların diğer temel kuvvetlerin (zayıf etkileşim ve güçlü etkileşim) açıklanması için de kullanılmasının yolunu açmıştır. Bundan sonraki yazılarımızda daha ayrıntılı bahsedeceğiz.
“Vacuum Birefringence” veya “Vakum Çift Kırılması“, vakumdaki (boş uzaydaki) elektromanyetik alanın varlığı altında, ışığın yayılması sırasında polarizasyon düzleminin değişmesi anlamına gelir. Bu kavram, kuantum elektrodinamiğinin (QED) özel bir özelliği olan kuantum polarizasyon etkileri ile ilişkilidir. Kuantum elektrodinamiğine göre, boş uzay bile aslında sanal parçacıkların sürekli ortaya çıkıp kaybolması nedeniyle birçok kuantum dalgalanmalarına sahiptir. Bu kuantum dalgalanmaları, elektromanyetik alanda yer alan fotonlarla etkileşime girebilir. Bu etkileşim sonucunda, vakumun elektromanyetik alanın yayılmasını değiştirebileceği ve ışığın polarizasyon düzlemini döndürebileceği veya çift kırılma etkisi yaratabileceği öne sürülür.
Vacuum birefringence, kuantum elektrodinamiğinin temel prensipleri üzerine kurulu bir teorik konsepttir. Ancak bu etki oldukça zayıf olduğundan, doğrudan gözlemlenmesi zor olabilir. OSQAR deneyi gibi bazı deneyler, bu tür vakum etkilerini araştırmayı amaçlar ve böylece kuantum elektrodinamiğinin öngördüğü fenomenlerin varlığını veya yokluğunu anlamaya çalışırlar.
Axionlar, teorik fizikte öne sürülen ve henüz kesin olarak gözlenmemiş olan hipotetik parçacıklardır. Bu parçacıklar, özellikle kuantum kromodinamiği (QCD) adı verilen güçlü etkileşimin bir sonucu olarak ortaya çıkan bir konsepttir. Axionlar, 1977 yılında teorik fizikçi Roberto Peccei ve Helen Quinn tarafından önerilen Peccei-Quinn simetrisi çerçevesinde ortaya atılmıştır. Axionların en önemli özelliklerinden biri, güçlü etkileşimleri etkileyebilme yetenekleridir. Bu özellikleri, özellikle kuarkların güçlü etkileşimlerine olan etkileri nedeniyle belirli deneylerde ve gözlemlerde kendini gösterebilir. Axionların olası varlığı, karanlık madde, karanlık enerji ve kozmolojik sorunlar gibi bir dizi fiziksel fenomeni açıklamak veya daha anlamak için öne sürülen teorilerle bağlantılıdır. Ancak, axionların doğrudan gözlemlenmesi oldukça zor olabilir çünkü etkileşimleri çok zayıf olabilir. Bu nedenle, axionların varlığını doğrulamak veya çürütmek için çeşitli deneyler ve araştırmalar yürütülmektedir. CERN gibi yüksek enerji fizik laboratuvarları ve karanlık madde araştırmaları gibi çalışmalar, axionların varlığını araştırmak için önemli çalışmalara sahne olmaktadır.
“Photon Regeneration” veya “Foton Yeniden Oluşumu“, parçacık fiziğinde ve kuantum elektrodinamiğinde (QED) bir terimdir. Bu terim, vakumdaki fotonların bazı koşullar altında bir süreç sonucunda yeniden oluşumu anlamına gelir. Kuantum elektrodinamiği, elektrik yük taşıyan parçacıkların etkileşimlerini açıklamak için kullanılan teorilerden biridir. QED’ye göre, fotonlar (ışık parçacıkları) ve elektrik yüklü parçacıklar (örneğin elektronlar) arasındaki etkileşimler fotonların yayılmasına ve emilmesine dayanır. Bir elektronun etrafındaki sanal fotonlar da bu etkileşimlerde rol oynar.
“Foton Regenerasyonu” terimi, fotonların belirli bir ortam veya madde içindeki etkileşimleri sonucu, orijinal bir fotonun enerjisinin ve özelliklerinin korunarak yeniden ortaya çıkabileceği bir fenomeni ifade eder. Bu fenomen, bazı optik ve kuantum optik deneylerinde gözlemlenebilir. Özellikle yüksek manyetik alanlara veya yoğun elektromanyetik alanlara maruz bırakılan fotonlarla ilgili çalışmalar bu konuyla ilgilidir. Foton regenerasyonu, optik ve parçacık fiziği alanında karmaşık etkileşimleri incelemek ve belirli koşullar altında fotonların davranışını anlamak için kullanılan bir konsepttir.
Duvardan Sızan Işık Deneyi
OSQAR, fotonlar (görünür ışığı oluşturan parçacıklar) içeren bir lazer ışınını 9 Tesla manyetik alana maruz bırakarak eksenleri(axions) ve eksen(axion) benzeri parçacıkları arar. Bir axions aramasında şimdiye kadar kullanılan en güçlü araştırma olan bu alan, lazerdeki bazı fotonların eksenlere dönüşmesine neden olur.
OSQAR araştırmacıları, lazeri fotonları durduran ancak axions’ların geçmesine izin veren bir bariyer içeren bir vakum odasına tuttu. Araştırmacılar, bariyerin diğer tarafında bir ışık görürlerse,axions’ların bariyeri aştığını ve diğer tarafta algılanabilir fotonlara geri döndüğünü anlarlar. Fizikçiler bu tür deneyleri halk arasında “duvardan sızan ışık” olarak bilirler. Elektromanyetik alan ne kadar güçlüyse, bir aaxions’un meydana gelme şansı o kadar fazladır. Bu, özellikle güçlü LHC mıknatıslarını OSQAR deneyi için ideal hale getirir.
Evrenimiz neden yaratıldı?
OSQAR deneyi, karanlık maddenin bir bileşeni olabilecek parçacıkları araştırıyor ve evrenimizin neden antimadde yerine maddeden yapıldığını açıklamaya çalışıyor.
Bazı teorisyenler, axions’ların büyük patlama sırasında üretildiğini ve hala Güneş tarafından üretildiğini düşünüyor. Axionlar, bir elektrondan 500 milyon kat daha hafif olan küçük bir kütleye sahiptir. Elektrik yükleri yoktur ve normal madde ile çok az etkileşime girerler, bu da gözlemlenmelerini zorlaştırır. Axionlar, evrenin %26’sını oluşturan gizemli karanlık maddenin bir bileşeni olabilir. Bunlar aynı zamanda, kuarklar ve gluonlar gibi temel parçacıkların salınan sicimlerle birbirine bağlandığını söyleyen **sicim teorisi’**nin de önemli bir bileşenidir.
Axions’lar Standart Model’de “güçlü CP sorunu” olarak bilinen bir bulmacanın çözülmesine de yardımcı olabilir . Büyük patlamadan sonra evrende eşit miktarda madde ve antimadde vardı. Ama şimdi maddeden oluşan bir evrende yaşıyoruz, bu da maddenin bir şekilde galip geldiğinin bir kanıtı**. CP simetrisi**ne göre, aynada gözlemlendiklerinde bile parçacıklar ve antiparçacıklar için aynı fiziksel yasalar geçerlidir. Ancak, eğer bu simetri bozulursa, erken Evren’den antiparçacıklardan daha fazla parçacık hayatta kalmış olacak ve maddenin neden antimaddeye üstün geldiğini açıklayacaktı. Şimdiye kadar, gözlemlenen tüm CP simetri ihlalleri, zayıf etkileşimlerle ilgilidir. Bununla birlikte, bazı fizikçiler, güçlü etkileşimin CP simetrisini de ihlal etmesi durumunda axions’ların yaratılabileceğine inanıyor.
OSQAR ayrıca bir elektromanyetik alan ve lazere maruz kaldığında vakumun özelliklerini de inceler. İkisinin varlığında, vakumun ışığın yolunu değiştirdiği düşünülüyor. Bu özellikleri anlamak, vakumlara dayanan gelecekteki araştırmalara yardımcı olacaktır.
Kaynak: https://ep-news.web.cern.ch/content/osqar-experiment-sheds-light-hidden-sector-cerns-scientific-heritage, CERN
