Burası hiçliğin ortası: Antarktika. Saatte 200 kilometreye varan şiddetli rüzgarlar, -90 derecelere kadar düşen bu dondurucu soğuklarda hayat neredeyse yok.
Bu iki kişi dışında… Onlar, hayalet parçacığın izini sürmek için buradalar. Onu görmek son derece zor. Bu yüzden medeniyetten, her şeyden uzak olmalılar. Fakat bu da yeterli değil. Ayaklarını bastıkları buzun da içine girmeliler. Üstelik yaklaşık 2 kilometre kadar derinine…
Bahsettiğim hayalet parçacık, nötrinolar. Bunlar tıpkı elektron gibi, daha ufak parçalara bölünemeyen temel parçacıklar. Üç çeşnisi var, elektron nötrino, tau nötrino ve muon nötrino. Bunları gözlemlemek evreni keşfetmemiz açısından çok önemli. Nedeni doğalarında yatıyor. Fakat onları görmek, elektronu görmek kadar kolay değil. Sebebi, benim duvardan geçemememle alakalı.
Biz elimizi alıp duvara koyduğumuzda, aslında duvara tam olarak temas etmiyoruz. Moleküler seviyede bir etkileşim gerçekleşiyor. Bu, elektromanyetik etkileşim. Dört temel kuvvetten yalnızca biri. Bir diğeri gezegenlerin de hareketini açıklayan kütleçekim. Çekirdeğin yapısını açıklayan güçlü etkileşim de üçüncüsü. Dördüncüsü ise, zayıf etkileşim. İşte nötrinolar maddeyle etkileştiklerinde bu yalnızca zayıf etkileşim aracılığıyla oluyor. Yani bizim duvara dokunurken yaptığımız gibi elektromanyetik bir etkileşim geçirmedikleri için, duvarın içerisinden geçip gidebiliyorlar.
Nötrinoların elektron gibi negatif ya da proton gibi pozitif yükleri yok, nötrler. Aynı zamanda kütleleri o kadar küçük ki, uzunca bir süre neredeyse hiç kütleleri olmadığı düşünüldü. Adı da zaten tam olarak buradan geliyor. Yüksüz, nötr ve çok küçük, -ino. Nötr-ino.
İçimizden her saniye 100 trilyon nötrino geçip gidiyor. Hiçbirini hissetmiyoruz, çünkü hiçbir etkiye neden olmuyorlar. Sadece bizim içimizden de değil, duvardan, zırhla kaplı sığınaklardan, hatta dağlardan, hatta ve hatta Dünya’nın, Güneş’in içinden bile bir hayalet gibi geçip gidebiliyorlar… İşte bu yüzden, onları tespit etmek son derece güç. Fakat imkansız değil, çünkü ender de olsa bir etkileşim oluyor.
İşte bu etkileşimi gözleyebilmek için, çok izole ve temiz bir ortama ihtiyaç var. Çünkü bu samanlıkta iğne aramak gibi bir çaba. Etrafımızda biz fark etmesek de bir parçacık bombardımanı var! Eğer aralarından iğneyi bulmak istiyorsak, samanları azaltmalı hatta yok etmeliyiz ki geriye sadece, iğne kalsın. İşte bunun için Antarktika gibi bir yerde olmalısınız.
E peki tamam, ama nötrinoları nasıl göreceğiz? İşte bu tesis sayesinde. Burası 14 ülkeden 59 enstitünün bir arada çalıştığı IceCube Nötrino Gözlemevi. Toplamda 280 milyon dolara mal olan bu gözlemevi, Antarktika’da dondurucu soğukların ortasında yer alıyor. Fakat IceCube sadece şurada gördüğünüz küçük alan. Etrafında çeşitli tesisler ve arada uçakların indiği pist bulunuyor. Bu kadar soğuk ve erişimin zor olduğu bir yerde, garip bir şekilde uzakta durmuyor mu? Dediğim izolasyon sebebiyle olduğunu düşünüyorsanız size şunu söylemeliyim. Bu sadece buzdağının görünen kısmı!
Esas IceCube, buzulların çok altında. Hatta tam olarak yerin 1500 metre altında başlıyor ve 2500 metreye kadar gidiyor! Bu bir dedektör dizisi. Tek bir kamera yerine, belirli aralıklarla yerleştirilmiş 5160 tane dedektör, yani DOM denilen şu kürelerden bulunuyor. Bu kürelerin alt yarısı aşağıya bakarak gözlemi yapan fotoçoklayıcı dedektör, yani aşırı hassas bir ışık dedektörü. Etrafında interferansı engellemek için bir kafes bulunuyor. Üstünde ise elektronik kart ve bir flasher var. Bu flasher aslında kontrollü yanıp sönen bir ışık. Bunun sayesinde sensörler birbirini görerek, gerekli kalibrasyonları yapabiliyorlar. Etraflarında ise küresel bir cam var ama bu cam da tabii öylesine bir cam değil. Her şeyden önce gözlenmek istenen ışığı çok iyi bir şekilde geçirmesi gerek. Fakat daha da önemlisi… Bu DOM’lar özel olarak geliştirilmiş sondaj araçlarıyla açılan delikten içeriye salınıyor. Bu delikler de öyle açık kalmıyor, bir süre sonra içerisindeki DOM’larla birlikte donarak kapanıyor. Yani oraya bir daha erişmek mümkün değil. Sadece elektronik olarak haberleşilebiliyor. İşte kilometrelerce derinlikteki o buzun ezici basıncından korunmak üzere tasarlanmış bir cam bu aynı zamanda.
Bu DOM’lardan 60 tanesi, bir diziyi oluşturuyor. Bu diziden toplamda 86 tane var! Yani her biri aşağıya bakan 5160 dedektörden oluşan bir kilometre küplük bir alan bu!
Şu iki kişiyi hatırladınız mı? Hani karların ortasında yürümeye çalışan kişileri. İşte kışın buranın idame ettirilmesinden bu iki kişi sorumlu. Acil bir durum olduğunda özel tasarlanmış kıyafetlerini giyerek hemen tesise doğru yürümeye başlıyorlar. Yol üzerinde kısa aralıklarla dikili bayraklar da yollarını kaybetmemeleri için, çünkü bazen hava o kadar kapalı oluyor ve görüş seviyesi öylesine düşüyor ki, burnunuzun ucu bile kayboluyor! Böyle bir soğukta dakikalar içerisinde donabilirsiniz. Açıkta bir yeriniz kaldığında hemen soğuk ısırığı olabilir. Öyle ki sırt çantası bile takmıyorlar, çünkü oluşturacağı baskı nedeniyle aradaki hava paketi ezileceği için hemen üşümeye başlıyorsunuz. Böyle bir durumda araçla gidiliyor. Yaz döneminde ise daha kalabalık oluyor.
Kış boyunca diğer araştırma tesisleriyle birlikte burada toplamda 40 kişi kalıyor. Tabii buranın en güzel yanlarından biri, işte bunlar. Aurora’lar! Kuzey ışıkları yani Aurora Borealis değil bu sefer, çünkü Antarktika güneyde, o yüzden Güney ışıkları yani Aurora Australis! 🙂 Tabii böyle bir imkan dolayısıyla, Auroraları gözlem için kurulmuş araçlar da çalışıyor. Öyle ki, bu cihazları etkilememek için camlar örtülüyor. Çünkü camlardan dışarı çıkan ışık, bembeyaz kardan yansıyarak gökyüzünü de bir miktar aydınlatıyor. Zaten zifiri karanlık deyip geçmeyin, buradaki bilimsel ekipmanların ve çalışmaların hassasiyeti işte bu kadar!
Antarktika buzullarının bu iş için seçilme nedenlerinden biri de buradaki buzun çok şeffaf olması. Eğer bu musluk suyu olsaydı, ışığın alacağı ortalama yol yalnızca 2 metre kadar olurdu. Distile edilmiş bir suda ise bu 8 metreye kadar çıkabilirdi. Fakat Antarktika buzulunda ışık, 200 metreye kadar yol alabiliyor. Burası öylesine şeffaf bir ortam. Yaklaşık 100.000 yıl geçmişe kadar iniyor aslında IceCube. Öyle ki, alınan buz kesitleri Dünya’nın farklı dönemlerindeki iklimsel değişiklikleri de tespit etti. Buzulun bazı bölgelerinde ışığın saçılmasının daha fazla olduğu görüldü. Yani nötrinoları göreceğiz derken, bir yandan başka şeyleri de keşfettik. Ortamın böylesine şeffaf olması çok önemli, çünkü aslında biz nötrinoları hiç görmüyoruz…
Bir dakika, nasıl ya? 280 milyon dolar harcadık, -90’lara düşen hiçliğin ortasında sondajlar yaptık, sensörler geliştirdik… İki tane de adam diktik başına uzun karanlık kış boyunca birbirlerini yesinler diye! 🙂 Ve nötrino görmüyor muyuz? Evet görmüyoruz. Gördüğümüz şey aslında, nötrinoların etkileşmesi sonucu ortaya çıkan ikincil parçacıklar. Hatta onlar da değil 🙂 Örneğin nötrino buradaki buz molekülleriyle etkileştiğinde bir müon parçacığı ortaya çıkarıyor. Bu müon öylesine hızlı ki, buzun içerisindeki ışık hızından daha hızlı ilerliyor. Aman dikkat ha! Işığın boşluktaki hızından daha hızlı demiyorum! Işığın bu ortamdaki hızı, boşluktaki hızından %25 daha az. Bu müonların hızıysa ışığın boşluktaki hızından düşük, ama bu ortamdaki hızından büyük. Böyle olunca, nükleer reaktörlerde de görmeye alışık olduğumuz o mavi ışıma, yani Cherenkov ışıması ortaya çıkıyor. İşte bu dedektörler tam olarak bu Cherenkov ışımasını ölçüyorlar.
Bir nötrino olayı gerçekleştiğinde, işte dedektör dizisinde böyle görülüyor. O iki kişinin orada olması önemli, çünkü bazen anlık durumlar olabiliyor. Bunlardan en mühim olanlardan biri süpernova patlamaları. E maksat uzaydan gelen nötrinoları tespit etmek! Süpernovalar ayrıca önemli, çünkü çok ender oluyorlar ve ne zaman olacağını tam bilemediğimiz için o an oraya bakmıyor olabiliyoruz. Dolayısıyla tam öncesinde neler olduğunu anlamak önemli. Fakat şöyle bir durum var. Süpernovayı biz daha görmeden, önce nötrinolar ulaşıyor! E malum, yıldızın içerisinden direkt geçip gidebiliyorlar ve patlama olmaya başlarken ilk bunlar yola çıkmış oluyor. Hemen peşine de patlama görsel olarak görülüyor. İşte böyle bir durumda, “Teleskoplarınızı şuraya çevirin, süpernova olacak” diyebilmek çok önemli.
Çok ender ortaya çıkan, çok sönük bir ışığı görmek… Onu ölçüp hesaplamalar yaparak, onu oluşturan parçacığı bulmak. Daha sonra da o parçacığı oluşturan, o esrarengiz, hayalet parçacığı anlamak… Tüm bunlar için Dünya’nın en izole, en sert koşullara sahip yerinde, devasa bir tesis kurduk. Burada yaptığımız keşifler, evreni anlayışımızı tümden şekillendiriyor. Başka hiçbir şekilde edinemeyeceğimiz bilgilere, Dünya’nın belki de en yaşanmaz görülen yeri sayesinde sahip oluyoruz. Sahi, bu buzullar olmasaydı, ne olurdu? Görünen o ki, bu buzulların değeri, görünenden de fazlası. Tıpkı görünen ışığın arkasındaki, nötrinolar gibi…