baryogenesis

• evrenin oluşumu esnasında, madde ve karşıt madde arasında asimetriye (baryon asimetrisi) yol açan ve evrenin sadece maddeden oluşmasını sağlayacak koşulları meydana getiren süreci açıklamak için kullanılan terim.
• (üst not: bir başka sitedeki kendi yazımdır. uzun bir mevzu olduğu için tekrar uğraşmak yerine aynen almak istedim.)
  
  evrenin oluşum aşamasında madde - antimadde asimetrisine neden olduğu düşünülen süreç.
  
  --- uzun yazı uyarısı ---
  
  madde ile antimadde her zaman çiftler halinde oluşur. ancak bu çiftler bir araya gelir gelmez yok olurlar ve ortaya büyük bir enerji çıkar. büyük patlama ile evren oluştuğu anda burada çiftler halinde yaratılan madde ve antimaddenin birbirini yok etmesi ve evrenin hiç var olmaması gerekirdi; en azından bugün bildiğimiz şekliyle... ancak öyle olmadığını görüyoruz.
  
  etrafımızda ve uzayda gördüğümüz her şey, normal madde ya da baryonik madde adını verdiğimiz maddeden oluşuyor: galaksiler, içlerindeki yıldızlar, asteroitler, dünya, biz... ancak laboratuvar ortamlarında oluşturduğumuz zamanlar ya da bazı radyoaktif bozunmalar gibi belirli koşullar dışında antimaddeyi pek sık görmüyoruz. peki, bu nasıl oldu?
  
  bu baryon asimetrisinin ortaya çıkması için birtakım özel koşullar oluşmuş olmalı. zaman içerisinde, soruya tam olarak doğru yanıtı veremeyen çok farklı fikirler öne sürüldü bu konuyla ilgili. en meşhur olan 3 tanesine bakalım.
  
  1- nükleer fizikçi andrei sakharov bu sürecin gerçekleşebilmesi için 3 koşul öne sürdü. tek tek inceleyelim.
  
  a) evrenin termal dengede olmaması
  
  bunun doğru olduğunu biliyoruz çünkü evren ortaya çıktığından bu yana soğumaya devam ediyor. üstelik böyle bir denge durumuna sahip olabilmek için, kapalı bir sistem ve yeterli süre gerekiyor diyebiliriz. bir oda gibi mesela... odadaki havanın her yeri birbiriyle eşit sıcaklığa gelecek kadar zamanımız varsa böyle bir durum gerçekleşebilir ve en sonunda odada sıcaklık dağılımı her noktada aynı olur. bu koşullarda, odadaki gaz moleküllerinin birbiriyle etkileşime geçecek kadar zamanı olmuştur. fakat evren oluşurken bunun böyle olmadığını biliyoruz. hatta kozmik enflasyon teorisinin ortaya çıkmasının bir nedeni de bu soruna açıklık getirme çabasıydı.
  
  b) c ve cp simetrisi ihlali
  
  telaşa gerek yok, şimdi anlayacağız bunların ne olduğunu.
  
  c simetrisi "charge conjugation" kelimelerinden geliyor. yük konjugasyonu ya da yük simetrisi olarak anabiliriz bu özelliği. fizik yasalarının madde ve antimaddeye aynı şekilde uyarlanabileceğini ifade ediyor diye de özetleyebiliriz. madde ile antimadde mesela aynı spine sahiptir. eğer c simetrisini ihlal ederseniz, madde yine öncekiyle aynı spine sahipken, antimadde artık ters yönlü spine sahip olabilir. zayıf çekirdek kuvveti ya da zayıf nükleer kuvvet dediğimiz ve doğadaki temel kuvvetlerden biri olan kuvvet, bu yasayı sürekli olarak ihlal eder. nötrino ve antinötrino spinleri buna örnektir.
  
  nötrinoların spinleri her zaman saat yönündeyken, antinötrinoların spini saatin tersi yöndedir. eğer bunu değiştirmek isterseniz parçacığın doğrultusunu değiştirmeniz gerekir ki burada da devreye cp simetrisi olayı girer. bu da "charge - parity" kelimelerinden gelir. burada artık işin içine ayna simetrisi girmiştir. aynaya bakıp sağ gözünüzü kırparsanız, aynadaki görüntü size sol gözünü kırpıyormuş gibi görünür.
  
  basitçe nasıl anlatılır bilemiyorum ama şöyle deneyelim; diyelim ki pozitif yüklü bir parçacığımız var. bunu negatif yüklü bir parçacığa çevirdiğimizi düşünelim. bu yük simetrisidir. +1/2 spinle dönen bir parçacığımız olsun. bunu -1/2 spinle dönen bir parçacığa çevirirsek buna da ayna simetrisi diyebiliriz. pozitif yüklü +1/2 spinli parçacığa karşılık negatif yüklü -1/2 spinli bir parçacık birlikte yük-ayna simetrisi oluşturur, yani cp simetrisi. işte bunu ihlal edersek baryonik maddenin antimaddeye sayıca üstün gelmesi gibi bir sonuçla karşılaşabiliriz ve evet; doğa bunu ihlal eder. yine zayıf çekirdek kuvveti aracılığıyla.
  
  standart modeldeki bazı parçacıklar da cp simetrisini bozar. ancak sorun şu ki evrendeki tüm bu antimadde yokluğunu bu ihlaller açıklayamaz.
  
  c) baryon sayısı korunumunun ihlali
  
  proton ve nötron gibi baryon adını verdiğimiz parçacıklar kuarklardan oluşur. bunlar çeşitli çekirdek tepkimeleri sonrasında dönüşümler geçirebilir ama genel olarak baktığınızda sayıca değişmezler. bir radyoaktif bozunma sonrasında bir baryondan başka bir baryon elde edebilirsiniz ama baryonları ortadan kaldırmazsınız. bu nedenle baryon sayısı korunumludur. andrei sakharov'un baryon asimetrisini açıklamak için öne sürdüğü 3 koşuldan 2'si gerçekten evrende karşımıza çıkarken bu sonuncusu yani baryon sayısının korunumu, ihlale uğramaz. doğada mesela 1 protondan 3 proton oluşması diye bir şey görmeyiz.
  
  maalesef ilk 2 seçenek problemin bir kısmını açıklayacak gibi göründüyse de 3. seçenek bu iddianın sorunu çözmeye yetmeyeceğini göstermiş oldu.
  
  2- bir başka fikir de şöyleydi: evren oluştuğu anda madde ve antimadde birbirinden o kadar büyük bir hızla uzaklaştı ki, birbirlerini yok etmeye fırsat bulamadılar. ilk bakışta mantıklı gibi görünen bu öneriye göre, evrenin uzak noktalarında, yakınlardakinin aksine, antimaddeden oluşan birtakım gök cisimleri olmalıydı. ancak bu durumda ortaya şöyle bir açmaz çıkıyor: biliyoruz ki madde - antimadde ikilileri büyük bir enerjiyle birbirini yok ediyor. şu halde uzak evrendeki antimadde yapılarla yakındaki baryonik madde yapılarının birbiriyle çarpıştığı bir sınır olmalı ve bu sınırda sürekli olarak bu türden çarpışıp yok olmalar yaşanacağından bu bölgede bir enerji şelalesi gözlenmeli. ancak bildiğimiz kadarıyla böyle bir şeye evrenin hiçbir bölgesinde rastlanmıyor.
  
  üçüncü bir ihtimal de richard feynman tarafından ortaya atılmıştı. feynman, antimaddenin, baryonik madde parçacıklarının zamanda geriye doğru giden versiyonları olduğunu öne sürdü. buna göre büyük patlama ile evren oluştuğunda madde şimdi bildiğimiz haliyle içinde bulunduğumuz zamana doğru hareket etmiş, antimadde ise zamanda geriye doğru hareket etmiş olmalıydı. bu durumda ortaya birbirinin zıttı olan 2 evren çıkmış olmalıydı. fakat laboratuvar ortamında antimadde üreten deneylerde böyle bir duruma ilişkin herhangi bir bulgu gözlenmedi. antimadde de tıpkı madde gibi davranıyor zaman söz konusu olduğunda. yani bu ihtimal de çöpe gitmiş oluyor böylece.
  
  ***
  
  günümüzde cern deneylerinde bu konu ele alınıyor. her ne kadar umut verici bazı çalışmalar yapılmış olsa da bu sonuçların evren boyutunda bir antimadde kaybının nasıl gerçekleştiğine ilişkin bir cevabı henüz yok.
  
  2008'de nambu, kobayashi ve maskawa nobel ödüllerini bu konuyla ilgili çalışmalar için aldılar.