Sicim Teorisi uzmanları Türkiye-Rusya arasında bilim köprüsü kuracak

TÜBİTAK-Rusya Temel Araştırma Vakfı (Russian Foundation for Basic Research-RFBR) ile İşbirliği Programı kapsamında Boğaziçi Üniversitesi’nden destek almaya hak kazanan projelerden biri Fizik Bölümü Dr. Öğr. Üyesi Can Kozçaz’ın projesi oldu. Sicim teorisinde dünyanın önde gelen genç araştırmacılarından olan Lomonosov Moskava Devlet Üniversitesi’ne bağlı Teorik ve Matematiksel Fizik Enstitüsü üyesi Yegor Zenkevich’in ekibiyle ortak çalışılacak projede, “her şeyin teorisi” olarak görülen Sicim Teorisi’ni bir köprü gibi kullanarak matematik ve fizik arasında bilgi transferi sağlanması ve ‘’Süpersimetrik Teoriler’’in arkasındaki matematiksel yapıların daha iyi anlaşılması hedefleniyor.

Başlangıçta atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötron gibi parçacıkların dinamiğini anlamak için ortaya atılan Sicim Teorisi, daha sonra etrafımızda gördüğümüz tüm fiziksel olay ve etkileşmeleri tek bir teoride birleştirerek açıklamayı vaat eden bir yaklaşıma doğru evrilmiş olduğu için “her şeyin teorisi” olarak da adlandırıyor. Sicim Teorisi için İtalyan fizikçi Daniele Amati tarafından söylenen “Sicim Teorisi şansa 20. yüzyılda bulunmuş 21. yüzyıl fiziğidir ve 22. yüzyıl matematiğine ihtiyaç duyar” ifadesi ise teorik fizikçilerin bu alandaki heyecanını ifade eden etkileyici bir bakış. Bu alanda Türkiye’de çalışan nadir bilim insanlarından biri olan Boğaziçi Üniversitesi Fizik Bölümü Dr. Öğr. Üyesi Can Kozçaz da , “Şu andaki bilgimiz teoriyi anlamaya yetmese de madem elimizde doğal vaktinden önce bulunmuş bir teori var; o halde bu teorinin arkasındaki matematiği ve fiziği daha iyi anlamak için uğraşalım’’ diyerek bu alana bilimsel katkı sunmayı hedefleyen araştırmalara imza atıyor.

Sicim Teorisi üzerinden matematik ve fizik arasında bir bilgi transferi

TÜBİTAK-Rusya RFBR ile İkili İşbirliği Programında (2532) desteklenecek projelerden biri olan Kozçaz’ın projesi, bu uğraşın peşinden giden çalışmalardan biri olacak. Kozçaz, projede yapmak istediklerini şöyle anlatıyor: “Sicim Teorisi’nin etrafımızda gördüğümüz tüm fiziği tek bir çatı altında birleştirebilecek bir teori olduğu düşünülüyor, ancak günümüzde bu sadece bir ihtimal çünkü bu teoriyi deneysel olarak test edemiyoruz. Yine de Sicim Teorisi’ni matematiksel bir laboratuvar gibi kullanıp çeşitli fikirleri test etmek mümkün. Bu projede de Sicim Teorisi’ni bir köprü gibi kullanıp matematik ve fizik arasında bilgi transferi yapmaya çalışacağız.”

Kozçaz, bu transferin nasıl mümkün olabileceğini ise şu ifadelerle açıklıyor: “Bir fizik teorisini hesaplayabilmemizi sağlayan şey, teorinin arkasında belirli matematiksel yapıların, örneğin simetrilerin bulunmasıdır. Bu teorilerin arkasındaki matematiksel yapıları daha iyi anlayabilirsek, matematikçilerin daha önceden zaten bulmuş olduğu bazı sonuçları fizikçiler olarak fizik sonuçlarına çevirebiliriz ve böylece fiziksel teoriyi daha da iyi anlamış oluruz. Ya da fiziksel olarak hesaplayabildiğimiz bazı büyüklüklerin matematikteki karşılığı nedir sorusu üzerine gidebilir ve bu sefer de belki matematikçilere yol gösterici ipuçları elde edebiliriz.”

Süpersimetrik teoriler ne işe yarıyor?

Rusya’dan akademisyenlerle ortak yapılacak bu projede ele alınacak fizik teorileri süper-simetrik teoriler olarak adlandırılıyor: “Süpersimetrik teoriler doğada şimdiye kadar gözlemlenemeyen bazı yeni yapıların varlığını kabul ediyor. Örneğin, CERN’de gerçekleşen ATLAS ve CMS deneylerindeki önemli hedeflerden bir tanesi, süpersimetrinin gerçekten doğanın bir parçası olup olmadığını, yoksa sadece biz teorik fizikçilerin hayal ettiği matematiksel bir yapıdan mı ibaret olduğunu anlamak. Süpersimetrik teoriler doğanın bir parçası olmasa bile teorik fizikçiler için çok değerli. Örneğin atom çekirdeğinin içindeki protonları oluşturan kuarklar arasında belirli etkileşmeler var ve bu etkileşmeleri analitik olarak şu anda anlayamıyoruz. Ancak şunu diyebiliyoruz: Anlamak istediğimiz teorinin (Kuantum Renk Dinamiği) biraz daha basitleştirilmiş haline bakalım. Eğer bu basitleştirilmiş haldeki teoriyi anlayabilirsek, basitleştirmek için eklediğimiz simetrileri ve yapıları eleye eleye asıl anlamak istediğimiz teoriye de ulaşabiliriz.”

Doğadaki teorileri anlamaya çalışmak

“Fizik dersi alanların çok aşina olduğu bir örnek vereyim. Lisede dahi fizik derslerinde ilk çözülen problemlerden biri eğik düzlem problemidir, yani bir tane eğik düzlemden bir kütle aşağı kayar ve bunu nasıl hesaplarız diye sorarız. Ama bunu hesaplarken sürtünme kuvveti hava direnci gibi faktörleri hesaba katmayız, en ideal haliyle hesaplamaya çalışırız. Süpersimetrinin yaptığı da bu, hedefimiz böyle bir ideal problemi alıp onu nasıl hesaplayabileceğimizle ilgili yöntemler bulmak ve sonra asıl anlamak istediğimiz teori için hesapları nasıl değiştirmemiz gerektiğini anlamaya çalışmak. Kısacası idealleştirilmiş bir teorinin arkasındaki cebirsel ve geometrik yapıları daha derin anlamaya çalışarak doğadaki teorileri anlayabilir miyiz diye uğraşıyoruz.”

“En iyi olduğumuz taraflarımızı birleştiriyoruz”

2532 projesi kapsamında da belirli süpersimetrik teoriler üzerinde çalışacaklarını belirten Kozçaz, bu tür teorileri anlamak için matematiksel olarak iki yöntem olduğunu ekliyor: “İlki bu teorilerin arkasındaki cebirsel yapıları diğeri ise geometrik yapıları anlayabilmek. Rusya ile işbirliği kapsamında yapılan projede bu teorileri cebirsel yönden anlamaya çalışacağız.”

Kozçaz, Rusya’da çalışacakları grubun bu alanda dünyanın en iyileri arasında olduğunu da vurguluyor: “Yürütücülüğünü çok genç ve başarılı teorik fizikçilerden biri olan Yegor Zenkevich’in yaptığı bu ekip, bahsettiğim matematiksel yapıları dünyada en iyi şekilde anlamayı ve fiziğe uygulamayı başarmış insanlardan oluşuyor. Onlar cebirsel tarafta iyiyken biz de geometrik metotlar tarafında güçlüyüz ve en iyi olduğumuz taraflarımızı birleştiriyoruz.”

Üç yıl sürecek proje kapsamında karşılıklı ziyaretler yapılması ve proje başladığında Rus ve Türk gruplar arasındaki işbirliğini başlatmak ve proje bittiğinde de elde edilen sonuçların paylaşmak için olmak üzere iki farklı çalıştay düzenlenmesi de planlanıyor. Böylece bilim üzerinden iki ülke arasındaki işbirliğinin güçlenmesi hedefleniyor. Proje süresince TÜBİTAK’ın verdiği destek ile proje konusunda uzman yüksek lisans ve doktora öğrencilerinin de yetiştirilmesi planlanıyor.

Ölçemediğimiz ekstra boyutlar var mı?

Dr. Öğr. Üyesi Can Kozçaz, aynı zamanda süpersimetrik teorilerin arkasındaki geometrik yapıları anlamak üzerine de bir proje yürütüyor.

Kozcaz, geçtiğimiz yıl başlayan ve 1001-TÜBİTAK Bilimsel ve Teknolojik Araştırma Projelerini Destekleme Programı kapsamında desteklenen bu çalışmaya dair şu bilgileri veriyor:

“Sicim Teorisi’nin diğer fizik teorilerinden bir farkı şu: Herhangi bir fizik teorisini istediğiniz sayıda uzay-zaman boyutunda yazabilirsiniz ve teoriler çalışır. Sicim Teorisi ise kendine uzay-zaman boyutu seçiyor, sadece on boyutlu uzay-zamanda çalışabiliyor, bu da şu an içinde olduğumuz üç boyutlu uzaya ek olarak altı tane daha uzay boyutu ve bir tane de zaman boyutu anlamına geliyor. Üç boyutlu bir evrende yaşadığımızı düşünürsek on boyutlu bir teorinin yanlış olduğu söylenebilir. Bu noktada devreye 1920'lerde ortaya atılan ekstra boyutlar fikri giriyor. Bu fikir sonsuza uzanan üç uzay ve bir zaman boyutlarından farklı olarak sınırlı ekstra boyutlar olabildiğini öne sürüyor.”

“Örneğin bir çember düşünün, bu çemberin yarıçapı ölçemeyeceğimiz kadar çok küçükse, çember hep nokta gibi gözükecek. Sicim Teorisi de bu altı boyutun bu kadar küçük olabileceğini ve onları ölçemediğimiz için deneylerde görememiş olabileceğimizi söylüyor. Peki bu uzaylar sadece çemberler mi yoksa daha karmaşık uzaylar mı? Sicim Teorisi’nin cevabı şu: Bu uzaylar çok karmaşık uzaylar olabilir ve onların geometrisi de dört boyutta gözlemlediğimiz fiziği dikte ediyor. Yani bu altı boyutlu uzayların geometrisi değiştikçe içinde olduğumuz fizik de, yerçekimi de, elektromanyetizma da değişecek.”

Kozçaz, TÜBİTAK 1001 projesi kapsamında bildiğimiz fiziksel teorileri kullanarak altı boyutlu uzayların geometrisiyle ilgili değişmezleri hesaplamaya çalışacak: “Bu uzayları diğerlerinden ayırmak için belirli değişmezlere ihtiyacımız var. 1970’lerden itibaren böyle değişmezler bulunmaya başlandı zaten. Fizikçiler de Sicim Teorisi üzerinden yeni değişmezler bulunabileceğini söylüyor ve biz de bu seti çoğaltmak için çalışacağız.”