Antimadde Nedir? Antimadde Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey!
05.04.2021 10:52 36 Görüntülendi

Antimadde Nedir? Antimadde Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey!

Antimadde Nedir? Antimadde Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey! | Atak Domain HostingBugün bilimkurgu filmleri, Hollywood yapımları ve romanlarda adını sıklıkla duyduğunuz antimadde, bir bakıma efsane gibi düşünülse de aslında bir gerçektir. Popüler bir örnek ile birlikte Star Trek dizisinin meşhur uzay gemisi Atılgan, antimadde sayesinde ışıktan daha hızlı bir hale gelmektedir.

Antimadde, bugüne kadar anlatılanlar ile birlikte bir bilim kurgu ürünü olarak düşünülse de aslında normal atom altı parçacıkların tam tersi özelliklere sahip bir şekilde bulunan atom altı parçacıklardan oluşmaktadır. Antimadde normal maddenin tam karşısında yani zıttı olarak gerçek bir terimdir.

Antimadde ve madde birbirleri ile tamamen zıt bir yapıya sahip olduğu için karşılaştıkları anda birbirlerini imha ederler. Bu olay sonucunda ortaya çok büyük bir enerji saçılırken, bu enerji baz alınarak antimadde bombaları ve antimadde sayesinde uzay gemileri gibi girişimlerin elde edilmesi henüz çok uzak bir ihtimal oluşturmaktadır. Fakat yine de antimadde sayesinde üzerinde durulabilecek birçok önemli noktada yer almaktadır.

Antimadde Nasıl Meydana Gelmektedir?

Big Bang olarak adlandırılan Büyük Patlama sonrasında maddenin oluşması ile birlikte aynı zamanda antimadde de beraber oluşmuştur. Bugün kainatta madde her farklı tür ile birlikte çok kolay şekilde elde edilebilirken, antimadde her zaman nadir bulunur. Buna bağlı olarak da bilim dünyasında madde ile antimaddenin bu asimetrik yapısı bir araştırma konusu olmaktadır. Antimaddenin daha iyi çözülebilmesi açısından da öncelikle madde üzerinde daha fazla araştırma yapılarak, tam çözümleme elde edilmesi gerekir.

Herkesin klasik lise kimya derslerinde de gördüğü üzere madde, atomların birleşimi ile oluşur. Bahsedilen bu atomlar hidrojen, oksijen, helyum ve azot gibi birçok farklı elementin temelini oluşturan parçacıklardır. Bir maddeden ne kadar miktar elde edilirse, bu miktara bağlı olarak da elde edilen atom sayısı değişiklik gösterebilir. Örneğin, bu konuda oksijen ele alınırsa, 16 gram oksijenin içeriğine bakıldığında, 6.022×1023 adet olacak şekilde atom yer almaktadır. Atomlar her elementte farklı özelliklere sahip olmaları ile birlikte bu sayede de maddenin farklı yapı özelliklere sahip olmasını sağlamaktadır.

Bilim tarafından atom evrenin temeli yani en ufak parçası olarak kabul edilse de bir atomun içerisine girdiğinizde karşılaştığınız evren dahi kainattan daha karmaşık bir yapıya sahiptir. Çünkü bir atomun içerisine girdiğinizde spin olarak adlandırılan özellikler görülmekle birlikte çok yeni bir şekilde keşfedilen lezzet olarak adlandırılan özellikler sayesinde bir atomun içerisinde egzotik bir evren bulunmaktadır. Atom kendi içerisindeki parçacık hareketleriyle ve davranışlarıyla değişen niteliklere sahip olurken, çok basit bir açıdan bakıldığında dahi özünde elektron, proton ve nötron bulunduran atomlar dünyanın temelini sağlamaktadır.

Anti Parçacık Nedir?

Atomun iç bölünmesine bakıldığında merkezinde çekirdek yer alırken, çekirdek içerisinde de pozitif elektrik yükü taşıyan protonlar ve değer taşımayan nötronlar yer alır. Çekirdeğin etrafında belirli bir yörünge ile hareket gerçekleştiren negatif yüklü elektronlar bulunur. Bu noktada elektronların kullandığı yörüngeler uyarılma miktarlarına bağlı şekilde değişirken, uyarılma sahip oldukları enerjiyi ifade etmektedir.

Bir maddenin atomuna bakıldığında görülen sistem antimaddeye bakıldığında tam tersine dönüşmektedir. Çünkü antimadde içerisinde antielektronlar pozitron ismini alırken, elektron gibi davranış sergiler fakat yükleri pozitiftir. Bu durumda negatif yüke sahip olan protonlar ise antiproton olarak adlandırılır.

Antimadde içerisindeki bu parçacıklar yani anti parçacıklar bugün CERN-Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi sayesinde kullanılan büyük Hadron çarpıştırıcısı ile hızlandırılmış şekilde üretildiğinde, üzerlerinde çalışmalar yapılabilmektedir.

Antimadde Nasıl Bulunabilir?

Antimadde Nedir? Antimadde Hakkında Bilmeniz Gereken Her Şey! | Atak Domain HostingHadron çarpıştırıcısı örneğinde anlatıldığı gibi antimadde parçacıklarının elde edilmesi için ultra yüksek hızlı çarpışmalar gerekmektedir. Örneğin, büyük patlamanın ardından öncelikle enerji ortaya çıkınca soğuyan evren ile birlikte enerjiden sonra madde ve antimadde parçacıkları birbirlerine eşit miktarda evrene yayıldı. Fakat teoriye göre madde, belirli bir süre sonrasında antimaddeden üstün bir hale gelirken, bunun sebebi ise halen araştırılıyor.

Madde-antimadde dengesindeki kırılmanın sebebi her ne olursa olsun sonuç olarak büyük patlama ile birlikte 1 milyar antimadde parçacığına karşılık olarak 1 milyar+1 adet madde parçacığı ortaya çıkmıştır. İşte bu 1 adet fazlalık dahi maddenin üstün gelmesine neden olmuştur.

Bilim bugün madde ile antimadde arasındaki bu asimetrik durumun çözümünü elde etmek için Büyük Patlama sonrasında kalan antimadde üzerinde inceleme yapmaktadır. Bu çalışma için Uluslararası Uzay İstasyonunda kurulmuş ve antimadde parçacıklarını arayan bir parçacık detektörü olarak Alfa Manyetik Spektrometresi yer almaktadır. Spektrometre içerisinde kozmik parçacıkların yani uzayda bulunan parçacıkların yolunu büken bir manyetik alan bulunur. Bu manyetik alan, madde ile anti maddenin birbirinden ayrılmasını sağlarken, parçacıklar üzerinden geçtiğinde içeriğinde bulunan detektörler her parçacığı değerlendirir ve tanımlanmasını sağlar.

Uzayda yaşanan kozmik ışın çarpışmaları ile birlikte sürekli bir şekilde pozitron ve antiproton üretimleri sağlanır. Fakat buna rağmen bir anti helyum atomunun ortaya çıkmasının ihtimaline bakıldığında, çok büyük bir enerji miktarı gerektiği için düşük bir ihtimal yer almaktadır. Yani tüm bu çalışmalar ile birlikte sadece 1 adet antihelyum çekirdeği gözlemlenmesi başarılırsa, bu durumda evrenin başka noktalarında çok büyük miktarda antimadde yer aldığı da kanıtlanabilir.

Antimadde Aslında Çok Yakında

Aslına bakılırsa antimadde her an yanı başımızda bekliyor. Çünkü düşük miktarda antimadde kozmik ışınlar ve uzay enerji parçaları sayesinde dünyanın üzerine sürekli bir yağmur gibi ulaşmaktadır. Buna bağlı olarak metrekare başına 1-100 antimadde parçacığı dünyaya ulaşırken, bilim adamları da fırtınalar gibi hava olayları sonucunda antimaddenin oluşabildiğini belirlemiştir.

Aslında antimadde sadece uzayda değil evinizde tükettiğiniz bir muzun içerisinde potasyum atomları ile beraber ortaya çıkarken, vücudunuzda geçirdiği dönüşüm ile ortaya çıkar ve siz bir pozitron kaynağı olarak etrafa antimadde parçacıkları yayarsınız. Fakat daha önce bahsedildiği şekilde antimadde ile madde temas ettiği anda antimadde partikülleri yok olur ve tespit edilmesi çok güçtür. Antimadde günümüzde özellikle tıp teknolojisinde Pozitron Emisyon Tomografisi (PET) çekimleri gibi tıbbi işlemlerde yüksek çözünürlüklü görüntü için kullanılmaktadır. Kan dolaşımına enjekte edilen pozitronlar sayesinde çok yüksek kaliteli tıbbi görüntüler için gama ışınları üretmeyi sağlamaktadır. Günümüzde antimadde kanser tedavisi açısından da potansiyel olarak bir çözüm şeklinde görülürken, tümörlere spesifik şekilde etki edebilecek antiproton kullanmayı ve enerji patlaması ile birlikte tümörleri yok etmeyi hedeflemektedir.

Günümüze Dek Üretilen Antimadde Miktarı Nedir?

Antimadde 1 gramı sayesinde madde ile karşılaştığında nükleer bomba boyutunda bir enerji ortaya çıkarabileceği için bugüne kadar sadece eser miktarda antimadde üretilmesi mümkün olmuştur. Bu konuda 1 gramın milyarda biri ölçüde olan nanogram ölçek olarak kabul edilirse, laboratuvar çalışmalarında 15 nanogram antiproton elde edilebilmiştir.

Antimadde üretiminde en temel sorunlardan birisi, üretilen anti maddenin depolanması ve yüksek maliyetler gerektirmesidir. Örneğin, 1 gram antimadde için takriben 25 katrilyon kilovatsaat-enerji gerekirken, bunun karşılığında da 100 trilyon dolar üzerinde bir maliyet ortaya çıkmaktadır.

Antimadde İçin Nobel Ödülü

İlk defa 1928 yılında İngiliz fizikçi Paul Dirac tarafından öngörülen antimadde nedeniyle bilim adamı, Isaac Newton sonrasında en büyük İngiliz teorisyen olarak dahi kabul edilmiştir. Dirac, Einstein’in özel görelilik denklemi ve kuantum mekaniğini bir araya getirdiğinde, negatif yüklü veya pozitif yüklü elektron için çalışan yeni bir denklem oluşturmuştur. Başta bu bulguları açıklamaktan çekinse de sonrasında evrende bulunan her parçacığın bir ayna görüntüsüne sahip olacağını ifade ederken, bu bilgi Carl D. Anderson tarafından 1932 yılında pozisyon keşfi ile gerçeğe dönüştü. Bu sayede 1933 yılında Paul Dirac Nobel ödülü sahibi olurken, 1936 yılında ise Anderson Nobel ödülü aldı.

Antimadde Kütle Çekimi Etkisi

Standart modele göre hem madde hem de antimadde üzerinde kütle çekimi aynı etkiye sahip olmalıdır. Fakat bugüne kadar bu tür bir gözlem gerçekleştirilmemiş olmakla birlikte yapılan deneylerde halen bunun kanıtlanması için çalışılmaktadır. Çünkü bu gözlemin yapılması tıpkı bir elmanın ağaçtan düşmesinin gözlemlenmesi kadar kolay bir durum değildir.

Antimadde Üzerinde Nasıl Çalışılır?

Madde ile karşılaştığı an yok olma gibi bir sorun ortaya çıkaran antimadde üzerinde çalışmalar yapılması için madde ile birleştiği anda yok olmasının önlenmesi gerekmektedir. Bu açıdan parçacık hızlandırıcıları ile benzer bir yapıya sahip olan fakat tam tersi çalışma gösteren parçacık yavaşlatıcıları gerekmektedir.

Parçacık yavaşlatıcı üzerinde kuvvetler giderek parçacıkların hızını düşürecek şekilde çalışırken, bugün CERN'de bulunan antiproton yavaşlatıcısı makinesi ile antimadde antiprotonlarının yavaşlatılması ve davranışlarının incelenmesi sağlamaktadır.

Antimadde içerisindeki pozitron ve antiproton gibi parçacıkların muhafaza edilmesi için Penning Tuzağı gibi cihazlara ihtiyaç duyulur. Bir nevi küçük parçacık hızlandırıcıları olan bu makineler, manyetik ve elektrik alan ile birlikte parçacıklar bir sarmal döngü içerisinde dönerek duvarlara çarpmadan korunabilir. Aslında bu benzer yapı dünyanın manyetik alanı sayesinde de etrafındaki antimadde tuzağı ile birlikte Van Allen Radyasyon Kemeri olarak adlandırılan manyetik bölgelerde elde edilmektedir.

Ezber Bozan Notrinolar

Madde parçacığı ile antimadde parçacığı karşı türlere sahiptir ve çok kolay bir şekilde birbirlerinden ayrılır. Fakat çok nadir şekilde madde ile etkileşimi yaşayan ve bir kütlesi bulunmayan notrino gibi yükü olmayan parçacıklar olduğu da düşünülmektedir. Şüpheli bir bilgi olsa da notrino anti parçacığı bazı bilim adamları tarafından Majorana parçacıkları gibi bir kategori içerisinde gösterilmektedir.

İddia edildiğine göre Majorana notrino parçacıkları bulunduğunda, madde ile antimadde arasındaki asimetrik durumunun açıklanması sağlanabilir. Ağır ve hafif gibi 2 farklı çeşidi bulunan bu parçalarda günümüzde hafif olanlar var olmakla birlikte ağır olanlar büyük patlama sonrasında var olmuşlardır. Aslında bu sayede daha önce bahsedildiği şekilde madde için +1 değer oluşturan nokta, Majorana notrinolarının asimetrik bir şekilde çürümesi ile ortaya çıkmış olabilir.

Antimadde Sayesinde Uzay Gemisi Yapılabilir Mi?

Yakın geçmişte antimadde-madde çarpışması sonucunda ortaya çıkan enerji nedeniyle bu enerjinin bir uzay aracında kullanılıp kullanılamayacağı üzerinde tartışmalar başladı. Bu fikir üzerinden NASA; yaklaşık 100 milyar dolar maliyet ile 1 miligram antimadde üretimi sağlanabildiği için ticari uygulama açısından bu fiyatın 10 bin kat düşürülmesi gerektiğini ifade etmektedir.

Maliyet dışında bu enerjinin üretilmesi için kullanılacak enerjinin de çok büyük bir boyutu yer almaktadır. Yani antimadde reaksiyonu sonucunda elde edilecek enerji için bu enerjiyi oluşturmak açısından kullanılacak enerji de çok büyük bir yere sahip olmakla birlikte bu durumda da NASA antimadde ile çalışan uzay aracı açısından yaklaşık 50 yıl sonrasında böyle bir teknolojinin gelişebileceğini ifade etmektedir.

Antimadde Nedir Antimadde Antimadde Hakkında Anti Parçacık Nedir Antimadde Nasıl Bulunabilir Antimadde Miktarı Nedir Antimadde İçin Nobel Ödülü Antimadde Üzerinde Nasıl Çalışılır