Son zamanlarda ünlü olmuş bir yazar, Dan Brown, bir romanında, antimadde kullanarak Vati­kan'ı havaya uçurmaktan söz ediyor. Peki antimadde kullanarak böyle bir şey yapmak mümkün mü? Antimadde bir gün bu kitap kadar ünlü olacak mı bilmiyoruz, ama biliminsanları bu gizem­li nesneleri elde edip değişik kullanım alanlarının hizmetine sunmak için çabalıyor.
								ğiyse henüz o kadar bilinen bir ko­numda değildi. Einstein'ın denklemle­rinin makroevreni açıklamak İçin kul­lanıldığı gibi, bu da mikroevreni açıkla­mak için ele alınıyordu. Bu dönemde İki formülü birleştirmek için ilk çaba­lar başlamıştı. Dirac buna bir çıkış noktası bulmak istiyordu. Her İki kura­mın da geçerli olduğu matematiksel formüller ve denklemler geliştirdi. Adı­na elektron denen parçacıklar üzerine denklemler hazırlarken, tuhaf bir şey­ler olduğunu gördü: İki çözüm yolu vardı ama bunlardan yalnızca biri he­men kabul edilebiliyordu. Diğeriyse, o güne dek geçerli olan fizik kanunlarıy­la uyuşmuyordu. Deneyimler matema­tiksel olarak ispatlanan her şeyin ger­çeklikle uygun olması gerektiğini gös­teriyordu. Yıllar süren bu gizemli du-
			İsviçre gibi barışçılığıyla ün salmış bir ülkede böylesi bir silah üretilmesi düşüncesi tuhaf bir çelişki gibi görüle­bilir. Atom bombasının yarattığı tahri­batı yaratacak ölçüde güçlü bir patla­ma yaratabilmek için gereken anti maddenin, bombada kullanılanın mil­yonda biri kadar olması yeterli. Bu­nunla birlikte Cenevre'deki "parçacık fabrikasında", bugüne dek çok az mik­tarda anti madde elde edilebildi. Yine de, bu kadar bile insanın gelecekte bu kaynaktan ne tür kazançlar elde edile­bileceğini görmesine yetti. Sözgelimi, bilim adamları böylesine zengin bir enerji kaynağı olabilecek bu potansiye­lin uzaygemilerinin yakıtı olarak kulla­nılabileceği görüşünü ortaya attı. Ayrı­ca, tıp alanında da kanser hücrelerinin anti maddeyle yok edilebileceği görüşü
						filizlendi. Bu egzotik madde yalnızca roket yapmak isteyen ordu mensupla­rının ya da tıp doktorlarının ilgisini çekmiyor. Aynı zamanda kozmologlar ve fizikçiler de bu maddenin peşinde. Resmi adı Avrupa Nükleer Araştırma­lar Merkezi olan ancak daha çok Avru­pa Parçacık fiziği Laboratuvarı diye bi­linen CERN'de, evrenin büyük patla­ma öncesi koşullarının araştırıldığı de­neylerde malzeme olarak bu korku ve­rici maddenin kullanılması söz konusu olmuş. Anti madde diye bir şeyin var olabileceği düşüncesi, geçtiğimiz yüz­yılın başlarında, 1920'li yıllarda ortaya çıktı. Bu fikri ilk ortaya atan İngiliz fi­zikçi Paul Dirac'tı. O dönemde Einste-in'ın görelilik kuramı biliniyordu. Bu­na göre madde ve enerji birbirine dö­nüştürülebilir şeylerdi. Kuantum fizi-
				BİLİM ve TEKNİK 74 Haziran 2005

				Gökadaların, güneş sistemlerinin ve gezegenlerin oluşumunu araştırmacı­lar "yüklenme eşitliği"nin ihlal edilme­si olarak görüyorlar. Ortaya şöyle bir senaryo sürüyorlar: "Büyük patlama­dan saniyenin milyonda biri sonra za­manın en büyük yok olması gerçekleş­ti. Parçacıkların ve anti parçacıkların yüzde 99, 99999'u yok oldu. Patlama­dan sonra geriye parçacıklarının yal­nızca 30 milyarda biri kaldı. Tüm yıl­dızları ve gezegenleri, yani bildiğimiz evreni oluşturan da bu geriye kalan madde. Bu akla hemen şu soruyu getiriyor: Eğer büyük patlama asimetrik olduy­sa, biz doğa yasalarının bir hatası mı­yız? Evrenin planında bir daha bir si­metriye asla kavuşulamayacak mı? Eğer böyleyse asimetrik fiziksel yasala­rın kanıtları nerede? Bu sorulara yanıt arayan CERN araştırmacıları, simetri­deki bu kırılımı araştırıyorlar. Antimadde üretilmesi çok yaşamsal, ama oldukça da pahalı. Bir gramın milyarda biri antimadde üretebilmek için NASA'nm tahminlerine göre 6 mil­yar dolar gerekiyor. Normal koşullar altında bu gizemli madde dünyada bu­lunmuyor. Elde edilmesi İçin parçacık hızlandırıcılarında çok yüksek enerjili parçacıkların birbirleriyle çarpıştırıl-ması gerekiyor. Antimadde üretimi çok da verimli bir süreç değil aslında. So­nuçta anti madde enerjisi elde etmek için başlangıçta çok büyük enerji har­canması gerekiyor. Antiproton üret-
		ruma sonunda ikinci bir çözüm bulun­du. Yeni yapılan açıklama tümüyle ye-ni bir parçacık tanımlıyordu. Bu parça­nın kütlesi normal elektronla aynı, yal­nızca elektrik yükü farklı biçimdeydi. Normalde elektron negatif yüklenmiş­ken, bu yeni parçacık pozitif yüklüydü. Bir elektronun aynadan yansıması gi­bi, bir "anti-elektron" olarak görüldü. Dört yıl sonra 2 Ağustos 1932'de bir parçacık detektörünün İçinde bir anti-elektron belirdi. Pozitif yükünden dola­yı bu parçacığa pozitron adı verildi. 1955 yılındaysa biliminsanları ilk kez anti-protonları üretmeyi başardılar. Bu­gün artık biliyoruz ki bütün parçacıkla­rın bir karşıt parçacığı var olabilir. Dirac, 1933 yılında Nobel ödülü'nü alırken yaptığı teşekkür konuşmasında Dünya'nın antimaddeden değil de mad­deden oluşuyor olmasının bir rastlantı olabileceğini söyledi. Evrendeki başka gök cisimlerinde bunun tersi durumlar söz konusu olabilirdi. Başka bir deyişle antigüneşler, anti gezegenler, hatta an-tiinsanlar ve canlılar tıpkı bir resmin negatifi ve pozitifi gibi var olabilirlerdi. Peki Dirac bu görüşlerini neye daya­narak öne sürüyordu? Doğa'da bulunan simetri ve ünlü düşünür Kant'ın her po­zitif şeyin bir negatifi olduğu görüşü, onun fikirlerini destekler nitelikteydi. Simetri hakkındaki sarsılmaz dü­şünceler 196O'lı yıllarda ortaya çıkmış­tı. CERN'de çalışan fizikçilerden Rolf Landua, "Büyük Patlama başlangıçta muazzam ve simetrik bir enerji patla-masıydı" diyor. "Bu patlama sırasında madde kadar antimadde de açığa çık­mıştı." Uzmanlar buna "yüklerin denk­liği" adını veriyorlar. Bu standart model, bir noktada di­rençle karşılaşıyor: Büyük Patlama yaklaşık 15 milyar yıl önce olmuştu. Madde ve antimadde, oluşurken karşı­lıklı elektrik yükleriyle yüklendiler ve bir araya geldikleri anda birbirlerini yok ettiler. Çarpışmaları sonucunda gama ışınımı yayan enerji açığa çıktı. Simetri modeline göre madde ve an-timadde birbirlerini yok etmek zorun­da. Landua, bu noktada şu sorulan so­ruyor "Neden büyük patlamadan son­raki ilk mikro saniyede madde ve anti­madde parçacıkları birbirlerini yok et­medi? Neden her şey bir ışınıma dö­nüşmedi? Biz insanlar neden madde­den oluşuyoruz da, ışık parçacıkları değiliz?"
						Antimadde düşüncesini ortaya ilk kez Paul Dirac atmıştı mek için önce hemen hemen hiçbir şeyden oluşan protonlar üretilmesi ge­rekiyor. Sonra "boşluktan" antimadde elde etmek İçin muazzam miktarda enerji harcanması gerekiyor. CERN araştırmacıları bir "proton-senkrotro-nu"u, yani protonları neredeyse ışık hı­zına yakın hızlara ulaştıran bir hızlan­dırıcıyla, on santimetre uzunluğunda ve üç milimetre kalınlığında bir irid­yum çubuğa yönlendiriyorlar. Bu İşle­min sonunda birçok parçacık ve anti­madde açığa çıkıyor. Devasa manyetik alanlarla sınırlanmış 27 kilometrelik
							Haziran 2005 75 BİLİM ve TEKNİK

halka biçimli bir vakum tünelinde, kısa bir süre içinde de madde ve antimadde birbirini yok ediyor. Antimadde üretmekle her şey bitmi­yor elbette. Biliminsanları şimdi bu par­çacıkları depolayıp saklayabilmek için yollar arıyorlar. Pennsylvania Devlet Üniversitesi, Temel Parçacık Araştırma­ları Laboratuvarı'nın yöneticisi Gerald Smith bunlardan biri. Smith, CERN'de üretilen antiprotonları ikinci ve daha küçük manyetik alanları sınırlanmış bir halka içine gönderdi. Sonrasında bazı yavaş parçacıkları çok ince meta! folyo-ların içinden geçirdi. Bu sırada bazı par­çacık ve anti parçacıklar birbirlerini yok etti. Bunun yanında negatif anti proton­ların bazıları engeli aşmayı başarıp da­ha yavaşlamış olarak yollarına devam ettiler. Bu antimadde parçacıkları tünel içinde yollarına devam ederken ayrılmış negatif yüklü madde-elektronlarının oluşturduğu gaz bulutuna da rastladı. Antiprotonlar, eksi yüklerin çarpışması­nın ardından başlangıçtaki hareket enerjilerini bir miktar daha kaybettiler. Çevreleri manyetik alanlarla çevrelen­miş, uçuşan gaz bulutu içinde bir tuza­ğa düşmüş gibi oldular. Sanki bir şişe­nin içine yaklaşık bir milyon anti parça­cık doldurulmuş gibiydi. Bu da bir sü-persilah ya da roket yakıtı olmak için değil ama araştırmacıların bilimsel amaçları İçin yeterli bir miktardı. Bu yöntemle bir milyar anti proton toplana­mıyor. Çünkü anti protonların ve elek­tronların birbirlerini itme kuvveti çok fazla. Peki bu miktar nasıl artırılabilir? Bu "toplama tuzağına" yalnızca anti­protonlar] değil de tüm anti-atomları göndermek daha iyi olabilir. Bunlar elektrik yükü olarak nötr olacağı için madde-elektronlarmca itilmeyecek ve böylece daha fazla antimadde elde edi­lebilecek. Peki bunun İçin hangi madde­nin atomları kullanılabilir? "Anti-hidro-jen üretilmesi yeni yollar açabilir" diyor Smith. Sonuçta hidrojen her yerde var ve çok geniş bir kaynağa sahibiz. Anti-hidrojen atomlarının üretilmesi başarıldı ama bunların depolanması ko­nusunda henüz çok başarılı olunduğu söylenemez. Şimdiye dek anti-madde, en fazla saniyenin 30 milyarda biri ka­dar bir süre yaşayabildi. Smith'in bu ko­nuda anti-maddeyi uzun süre sabit tuta­bilmek için soğutarak küçük damlacık­lar ya da kristallerde yoğunlaştırma ça­bası içinde. Böylece su deposu büyüklü-

yordu. "Taşınabilir bir anti-proton kabı izotop üretimini bir yere bağlı olmak­tan kurtarabilir" diye düşünüyor Smith. Elbette tıp anti-maddeden baş­ka konularda da yararlanabilir. Sözge­limi tümörlerle mücadelede bunlar kullanılabilir. Kanser hastalarında kul­lanılan radyoterapi yöntemi gibi anti­madde tedavisi uygulanabilir. Anti-hidrojen kullanımında nere­deyse sınırsız bir enerji, çok küçük bir alana depolanabilir. Diğer enerji bi­çimlerinin tersine, bir anti-hidrojen tankı mikroskopik ölçüde küçük fakat bir aracı uzun süre çalıştırabilir. Pen­tagon, "Devrimci Mühimmat" bölümü başkanı Kenneth Edwards, "Bu ger­çekleştiğinde saf enerji elde etmiş ola­cağız" diyor. "Bu aynı zamanda en te­miz ve çok ucuz bir enerji kaynağı ola­caktır" Bir küp şeker kadar yakıt, 100 tonluk bir aracı uzaya fırlatmaya yete­cektir. Böyle bir enerjiyle insansız gözlem uçaklarını sürekli havada tut­mak mümkün olduğu gibi Mars'a in­sanlı uçuşlar yapmak da çok kolayla­şacaktır. Edwards'a göre bir anti-mad-de motorunun prototipi İçin daha 15 yıla ve 2 milyar dolara İhtiyaç var. Gü­venli bir yakıt maddesi elde etmek için gereken, anti-hidrojenin mutlak sıfır noktasına kadar (-273 santigrat dere­ce) soğutulması. Böylece bu tuhaf buz topunun atomları normal maddeyle reaksiyona giremeyecek kadar soğu­muş olacaktır.

Antimadde üretiminde kullanılan "yakalama tuzağı"                ğündeki "toplama tuzaklarından" elde edilen anti-madde daha küçük depola­ma birimlerinde saklanabilir. Bu depocuklar tıp alanında inanıl­maz gelişmelere yol açabilirler. Pozit-ron emisyon tomografisi (PET) için radyoaktif izotoplar daha geniş bir me­safeye taşınabilir. Şimdiye kadar PET tarayıcıları yalnızca parçacık hızlandı­rıcılarına yakın bölgelerde bulunabili-

Uluslararası Uzay İstasyonu'nda kullanılan Alfa Manyetik Spektrometresi evrende antimadde arıyor

BİLİM ve TEKNİK 76 Haziran 2005

Anti-hidrojenle yapılabilecek pek çok şey olduğu düşünülüyor. Çok kü­çük ama yıkım gücü çok yüksek silah­lar yapılabilir. Atom bombası kadar yı­kıcı olabilen anti-madde, ardında rad­yoaktivite bırakmayacağı için daha te­miz olacaktır. Landua, "Depolama yöntemleri ge­liştiğinde, biliminsanları anti-hidrojen toplamaya koşulacaklar" diyor. "Geçti­ğimiz on yılda CERN'de gramın mil­yarda birine yakın miktarda anti-mad-de ürettik." Tam bir gram anti-hidrojen için çok miktarda maddeye gerek olu­yor. Tıpkı bir damla için tüm Atlantik Okyanusu'na gerek duyulmasına ben­zetilebilir bir şey bu. Ama bir gram nedir ki? Yıldızlarara-sı yolculuk için ya da, anti-madde silah­ları için muazzam miktarlarda anti-maddeye gerek var. Yine de bilimin­sanları ümitsizliğe kapılmak için bir neden göremiyorlar. "194O'lı yıllarda atom bombası yapılırken zenginleştiril­miş uranyum söz konusu olduğunda benzer şeyler yaşanmıştı" diyor ABD'li araştırmacı Robert Frisbee. "O zamana değin bir ton üretilmesi mümkün de­ğilmiş gibi görünüyordu. Oysa bugün tonlarca zenginleştirilmiş uranyumu­muz var ve üretmeyi durdurduk."

Antimaddenin büyük ölçekle üretilmesinin ve saklanabilmesinin başarılması, bize bilimkurgu filmlerindeki gibi uzay gemileri yaparak uzayda yolculuğa çıkmamızı sağlayabilir.

sı olabileceğini ileri sürüyorlar. Bilim yazarı Wolfgang Jeschke, "Bir anti­madde gaz ve toz bulutundan anti-ev-renler, anti güneş sistemleri ortaya çıkmış olabilir ve hatta buralarda antî-insanlarm yaşaması olasılığı da var­dır" diyor. Madde gibi, antimaddenin de büyük yapılar oluştutabilme yete­neği var. Peki bu anti-dünya nasıl gö­rünürdü? "Alice Harikalar Diyarında"

Bu detektör, on milyar normal parça­cık arasından antimaddeyi seçebilecek hassaslıkta. Anti-karbon bulunduğu takdirde, anti-güneşler ve anti galaksi­ler olduğunun kanıtları daha güçlene­bilir. Elbette bunu anti asteroidler ya da anti-göktaşları gibi gökcisimleri de izleyecektir. Sözkonusu olacak şey bir anti-evren olarak açıklanabilir. Peki ya bu anti evrenden bir parça Dünya'ya kadar uzanabilirse ne olur? Bezelye büyüklüğündeki bir antimaddenin at­mosferimizde patlaması bile kİlotonlar-ca patlayıcının etkisine sahip olacak, küçük bîr atom bombası tahribab ya­pacaktır. Böyle bir olay belki de 13 Ha­ziran 1908 tarihinde Sibirya'da Tun-guska'da meydana gelmiş olabilir. Ta­rihte Tunguska olayı olarak bilinen ve müthiş bir patlama sonucu bölgede ge­niş bir alanın zarar görmesi olayını açıklamak için ileri sürülen görüşler­den biri de bu yönde. Dirac'ın bu gizemli madde hakkın­da İlk düşüncelerinden günümüze dek yalnızca 77 yıl geçmiş. Oysa bu madde bugün laboratuvarlarda elde edilebili­yor. Bilim adamları evrenimizi açıkla­maya çalışırlarken kendilerine anti­madde hakkında sorular da soruyor. Kimbilir belki evrenin bir yerlerinde anti-biliminsanları "madde" diye bir şe­yin olup olmadığını tartışıyorlardır. Gökhan Tok

Antimadde ar

içindeki

çabalan sürüyor. Fizikçiler gözlerini maddenin İçlerine ne kadar dikiyorsa, kozmologlar da onların dikkatini o ka­dar uzaya çekiyorlar. Bilim adamları evrenin uzak bir köşesinde Büyük Patlama'nın cehenneminden arta kal­mış bir antimadde gaz kümesi kalıntı-

dünya gibi" burada her şey bizim dün-yamızdakinin tersi mi? Evrenin bir yerlerinde uçuşan anti­madde parçacıkları var mı? Uluslarara­sı Uzay Üssü'nde kullanılan 2,5 ton ağırlığındaki "Alfa Manyetik Spektro-metresi" (AMS) bu soruya yanıt arıyor.

Kaynak: Scheppach, J., Wir Jagen den Vatikan in die Luft mit Antimaterie, P.M Magazine. Mai, 2005

Haziran 2005 77 BİLİM ve TEKNİK