Antimadde bilim kurgu malzemesi mi?

Antimadde bilim-kurgu filmlerinin vazgeçilmez büyüleyici bir malzemesi ama bir kurgu malzeme değil.

Daha önceki yazılarımızda antimadde için evrenimizde bulunmaz, demiştik. Ancak bu, üretilemez demek değil.

Antimadde parçacıkları, karşıtı oldukları madde parçacıkları ile aynı özelliklere sahip; yalnızca elektrik yükleri zıt işaretli ve spinleri ters yönlüdür. Madde ile karşıtı olan antimadde bir araya geldiklerinde, birlikte saf enerjiye dönüşürler.

Hemen hatırlayalım: 1928 yılında fizikçi Paul Dirac, elektronların hareketini tanımlamaya dönük bir denklem geliştirmişti. Denklem iki çözüm veriyordu. Çözümlerden biri negatif yüklü elektronu, ikincisi ise elektron özelliklerine sahip ancak pozitif yüklü bir başka parçacığı adreslemekteydi.

Bu parçacık, bir anlamda elektronun karşıtı bir parçacıktı. Daha doğrusu matematik böyle söylüyordu.

Ve kanıtı şaşırtıcı bir şekilde 1932 yılında geldi.

1932 yılında kozmik ışınlar üzerinde araştırmalar yapan Amerikalı bilim insanı Carl Anderson, atmosferde elektrona benzer ancak pozitif yüklü parçacık izlerine rastladı.

Dahası bu parçacıklar kozmik ışınlar tarafından negatif yüklü elektronlar ile birlikte üretilmiş görünüyordu.

Bu pozitif yüklü parçacığın Dirac denkleminin çözümünde ortaya çıkan karşıt parçacık olduğu anlaşıldı ve pozitif yükü nedeniyle "pozitron" olarak adlandırıldı. Böylece Dirac'ın antimadde öngörüsü de gözlemsel olarak doğrulanmış oldu.

Sonraki birkaç on yılda fizikçiler, diğer madde parçacıklarının antimadde karşıtlarını da keşfettiler.

Doğada antimadde var mı?

Artık biliyoruz; madde ne kadar gerçekse antimadde de o oranda gerçektir.

Ayrıca antimadde parçacıkları, karşıtı madde parçacıkları ile bir araya geldiğinde birbirini yok ederek geride enerji bırakır lar ve bu nedenle doğada antimadde parçacığı bulunmaz.

Ancak doğada bir biçimde antimadde parçacıkları üretimi vardır, sadece kalıcı değillerdir.

Öncelikle antimadde parçacıklarının kozmik ışınların atmosfer içindeki diğer parçacıklarla çarpışmaları sonucu oluştuğunu biliyoruz.

Kozmik ışınlar uzayın derinliklerinden gelen yüksek enerjili parçacıklardır ve Dünya atmosferine girdiklerinde diğer parçacıklarla çarpışarak küçük miktarlarda madde- antimadde çiftleri üretirler. En yaygın görünen ise elektron- pozitron çiftidir. Atmosferde oluşan bu madde- antimadde çiftleri bir anlamda Einstein'ın ünlü madde- enerji eşitliğinin de kanıtıdır.

Kozmik ışınların dışında bir başka antimadde kaynağı da doğada bulunan bazı radyoaktif atomların bozunumlarıdır. Ancak bu tür doğal süreçlerde oluşan pozitron ve antiproton gibi antiparçacıklar hemen karşıtları madde parçacıklar ile birleşerek yok olurlar.

Bu radyoizotoplar içinde özellikle Potasyum-40 bir antimadde kaynağı olarak bilinir.

Potasyum-40 bozunum şeması

Potasyum-40

Potasyum-40, doğal bir pozitron yani bir antimadde yayıcısıdır.

Potasyum-40, doğada potasyum elementinin doğal bir radyoaktif izotopu olup yer kabuğunun yaklaşık yüzde 2,4'ünü oluşturur.

Yarılanma ömrü oldukça uzun olan (1.3 milyar yıl) Potasyum-40, üç tip radyoaktif bozunmaya maruz kalır. Bunlar; beta salınımı, elektron yakalama ve gama radyasyonu.

Potasyum-40, bir gama salınımı olmadan bir beta parçacığı atar ve Kalsiyum-40'a dönüşür. Elektron yakalama yoluyla Argon-40 gazına bozunur ve bu bozunum sırasında bir antimadde parçacığı olan pozitron ile enerjik bir gama ışını salar.

Yani Potasyum-40 bozunurken, süreç esnasında antimadde de yayımlamış olur.

Yukarıda bozunum sürecini gösteren grafik yer alıyor.

Potasyum 40, doğrudan Argon-40'a dönüşmesine neden olan elektron yakalama etkinliği sürecin yalnızca yüzde 0,04'ünde gerçekleşir. Çok daha sık olarak (yüzde 10,68 oranında) bir elektron yakalama olayını 1,46 MeV'lik bir gama ışını izler.

Kalsiyum 40'a bozunurken çok büyük oranda gerçekleşen (yüzde 89,3) beta salınımına gama ışınları eşlik etmez. Bu nedenle 1,46 MeV'lik karakteristik gama ışını olmadan Potasyum 40'ın bozunmasını saptamak ve tanımlamak oldukça zordur.

Bir antimadde kaynağı: Muz

Yerküre kabuğunda bu kadar bol bulunan potasyum-40, doğal olarak besin zincirimize de dahil oluyor.

Örneğin, önemli bir besin kaynağı olan "muz" iyi bir antimadde kaynağıdır.

Muz, iki tür potasyum izotopu içerir: Kararlı olan Potasyum-39 ve az miktarda da radyoaktif Potasyum-40. Potasyum-40 izotopu bozunurken ortalama her 75 dakikada bir pozitron üretir.

Dolayısıyla bedenlerimizde de potasyum-40 bulunur; bizler de pozitron yayımlarız.

Bu pozitronlara ne olur derseniz: Doğada olduğu gibi bu pozitronlar madde karşıtları elektronlarla birleşerek birlikte hemen yok olurlar. Yani canlı yapıda da ömürleri anlıktır.

Son 50 yıl dan bu yana, laboratuvar ortamında da antiparçacıklar üretiliyor; ancak anti-atom üretimi çok kolay değil. 1995'te CERN yapay olarak anti-atomlar üreten ilk laboratuvar oldu. 

Ancak henüz anti-atomlardan oluşan bir antimadde üretilebilmiş değil.

O da bilim insanlarının gündeminde, belki de doğru zamanı bekliyordur!

Kaynakça

https://www.symmetrymagazine.org/article/this-radioactive-life

https://www.cns-snc.ca › yüklemeler › öğretmenler

https://timeline.web.cern.ch/victor-hess-discovers-cosmic-rays-0

https://home.cern/science/physics/antimatter

https://physicsworld.com/a/our-universe-has-antimatter-partner-on-the-other-side-of-the-big-bang-say-physicists/

https://www.scientificamerican.com/article/stars-made-of-antimatter-might-be-lurking-in-the-universe/