Prof. Dr. Mahmut Hortaçsu – Araştırma Alanı

Project Description

Benim araştırma konum kuramsal parçacık fiziğidir. Konuya ilgi duyan herkesin bildiği gibi doğada dört temel kuvvet vardır. Bunlar: çekirdek ile elektronları bir araya getirip atomları, molekülleri, katıları, sıvıları, dolayısıyla gördüğümüz maddeyi oluşturan elektromanyetik kuvvet, kütleleri, gezegenleri, galaksideki yıldızları, bir arada tutan, bizim yerküre üzerinden ayrılmamamızı sağlayan kütleçekim kuvveti, içindeki temel parçacıkların, kuarkların, birbirini çekmesini sağlayıp atom çekirdeği içindeki proton ve nötron gibi parçacıkları oluşturan yeğin kuvvet ve atomaltı parçacıkların (kuarkların, leptonların) bozunup başka parçacıklara dönüşmesini sağlayan zayıf kuvvettir.

Fizikte şu anki kabul edilen standard model adı verilen kurama göre doğadaki temel parçacıklar başlıca ikiye ayrılıyorlar. Maddeyi oluşturan hepsinin spini ½ olan elektronlar, muonlar, kuarklar ve bunlar arasındaki kuvvetleri oluşturan aracı parçacıklar. Aracı parçacıkların spinleri birim değerin katlarıdır. Bunlardan elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı fotonlar, zayıf kuvvetin taşıyıcıları W ve Z bozonları ve yeğin kuvvetin taşıyıcısı gluonların spini bir, kütleçekimin taşıyıcısı gravitonların spini ise ikidir. Standard modelin tamamlanması için doğada spini sıfır olan Higgs parçacığının da bulunması gerekiyor. Bu parçacık henüz bulunamadı. CERN’de yapılan deneylerde halen aranıyor.

Maddeyi oluşturan parçacıklar ise birbirini tekrarlayan üç aile olarak görünüyorlar. İlkinde elektron, elektron nötrinosu, her birinden üç tane olmak üzere aşağı ve yukarı kuarkları var. İkincide muon, muon nötrinosu, gene her birinden üç tane olmak üzere sihirli ve acayip kuarklar bulunuyor. Üçüncü ailede ise tau parçacığı ve onun nötrinosu ve gene her birinden üç tane olmak üzere alt ve üst kuarklar var. Gördüğünüz gibi ikinci aile kuarklarına değişik adlar verilmişti. İlkin üçüncü aile kuarklarına da güzellik ve doğruluk gibi adlar verildi. Ancak sonraları fizikçiler kendilerinin ciddi kişiler olduklarını hatırlayıp bunların adlarını alt ve üst olarak değiştirdiler. Higgs bozonu dışında tüm bu parçacıklar deneylerde gözlendiler.

Her aile diğerlerinin aynısıdır. Yalnız sonrakilerin kütleleri daha büyüktür. Örneğin en hafif kuark olan yukarı kuarkın kütlesi yaklaşık 3 Mev iken, en ağır olan üst kuarkın kütlesi yaklaşık olarak 171000 Mev’dir. Doğada kararlı olarak sadece ilk aile görünür. Kütleli olan diğerleri hızlandırıcılarda veya uzayda ancak kısa bir süre için oluşturulup daha hafif olanları dönüşürler.

Tüm bu parçacıklar çevremizde görünen evreni oluştururlar. Ancak bunların topu evrendekilerin sadece yüzde dördüne karşılık gelir. Bunlara ek olarak henüz ne olduğunu bilmediğimiz evrenin yüzde 22’sini oluşturan karanlık madde , ve evrenin yüzde 74’ü oluşturan karanlık enerji vardır.

Bildiğimiz parçacıklar, bugün için, standard model adı verilen, hiç de estetik olmayan bir modelle betimleniyor. Bu modelde her bir etkileşme için önerilen üç grubun çarpımı ve ayrıca kütle çekim bulunuyor. Elektromanyetik ve zayıf kuvvetler birleştirilmişse de yeğin kuvvetler ve kütle çekim ile birleştirme bu modelde yapılamadı. Kuramın belirliyemediği kütleler, etkileşme sabitleri gibi çok sayıda sabit deneyle belirleniyor.

1973’den sonra ortaya atılan bu model hiç kimseyi tatmin etmedi. O günden beri alternatif modeller öneriliyor. Yeğin ve zayıf-elektromanyetik etkileşmeleri birleştiren daha büyük gruplar, süpersimetri, sicim kuramı bunlardan bir kaçıdır. Maddeyi oluşturan spin itek tam sayının yarısı olan fermiyonlar, ½ ve 3/2 gibi, ile spini tam sayı olan bozonları birbirlerine dönüştüren süpersimetri 1975’te, bugünkü haliyle sicim kuramı 1984’te ortaya atıldı. Ancak bu modeller yeni parçacıkların var olmasını istiyorlardı. Önerilenlerin hiç biri deneyle gerçeklenmedi, olması gereken parçacıklar bulanamadı. Modelde gereken parçacıklar gözlenmediği için, ilk önerilen büyük birleştirme grubu SU(5)’in en basit hali, deneyle dışlandı. Diğerleri için gerekebilecek enerjilere henüz erişilemedi, bundan dolayı dışlanamadılar. Ama 1973’ten sonra önerilen yeni kuramlar arasında doğrulanan bulunmuyor. Süpersimetri ve sicim kuramlarının izlerine deneylerde rastlanmadı. CERN’de süpersimetri görülmezse hem süpersimetriyle doğup büyüyenleri, hem de olabilmesi için süpersimetri gerektiğinden sicimcileri için kara günler bekleniyor.

Benim çalışmalarım genellikle bu önerilenler dışında kalan bazı modeller önermek, sonuçlarına bakmak ve doğanın nelerden yapıldığını bulmağa çalışmaktır. Son yıllarda, öğrencilerimle birlikte temel ve kompozit parçacıkları olan bir model üzerinde çalıştım ve bazı etkileşmelere sadece kompozit parçacıkların girdiğini gösterdim. Bu bir yerde kuantum renk dinamiğinde dolaysız yoldan görülmiyen kuarkların davranışına bir benzetmeydi. Aynı zamanda Nutku instanton fonunda yüksek boyutlarda bir fermiyonun davranışını inceledim ve burada Heun fonksiyonlarıyla karşılaştım.

Atlas Detektörü

Atlas Detektörü

Parçacık çarpışma fotoğrafı

Parçacık çarpışma fotoğrafı