Fizikçiler geçen yıl tespit edilen ilk yerçekimi dalgalarının verilerini teorik bir analizle kullanarak, yerçekimi dalgalarının “g” ve “f” tipi yerçekimi dalgaları olarak adlandırılan iki farklı form arasında salınabileceğini göstermişlerdir.
Fizikçiler, bu fenomenin; nötrinoların elektron, muon ve tau olmak üzere üç farklı çeşit arasında salınım biçimine benzetildiğini açıklıyor. Bunlar zayıf etkileşimde bulunan (lepton) parçacık grubundandır.
Salınımlı yerçekimi dalgaları; bimetrik yerçekimi ya da “ikili kütleçekim” olarak adlandırılan yerçekiminin değiştirilmiş bir teorisinde ortaya çıkmakta. Fizikçiler, gelecek deneylerde salınımların saptanabilir olabileceğini göstermektedir.
Araştırma, İtalya Scuola Normale Superiore di Pisa ve INFN Pisa’da doktora öğrencisi olan Kevin Max ve İtalya Üniversitesi’nde postdoc olan Juri Smirnov tarafından Physical Review Letters’da “çekim dalgası salınım analizi”ne ilişkin bir raporda yayınlandı.
Fizikçilerin de belirttiği gibi; bu çalışma, yerçekiminde yeni parçacıkların değişikliklerde bulunabileceğini ileri sürerek, evrenin “diğer % 95’inin” ne olduğu sorusuna cevap vermeye yardımcı olabilir.
Smirnov’un Phys.org‘a verdiği demeçte: “Madde, yalnızca % 5’ini doğru anlayabildiğimiz bir tür. Çoğu yazar alternatif parçacık fiziği modellerini yeni parçacıklarla kıyaslıyor. Ancak LHC [Büyük Hadron Çarpıştırıcısı] gibi deneyler, henüz herhangi bir egzotik parçacık tespit etmedi. Bu durum da bize, yerçekimi tarafının değiştirilmesi gerekip gerekmediğini sorgulatıyor.
Çalışmamızda, yerçekiminin modifikasyonunda hangi sinyalleri beklememiz gerektiğini sorguluyoruz. Sonuçta bize, büyük gözlem özelliğine benzeyen bir sinyal veriyor. Bu yüzden diğer teorilerden ayırt edilebiliyor.
LIGO (Laser Interferometer Gravitational -Wave Observatory) tarafından yakın zamanda keşfedilen yerçekimi dalgaları, bizim için evrenin karanlık bölümlerine yeni bir pencere açtı. Doğanın genel göreliliği, büyük çoğunluğu veya başka teoriyi seçip seçmediği, sonunda farklı bir sorudur.”
Bir yerine iki graviton
Şu anda, yerçekiminin en iyi kuramı, Einstein’ın genel görelilik teorisi olup, uzay zamanını tanımlamak için tek bir metrik kullanılmaktadır. Yer çekimsel etkileşimleri, kütlesiz ve dolayısıyla ışık hızında süren graviton adı verilen tek bir varsayımsal parçacık tarafından yönlendirilir. Gravitonun varlığı etkileri sayesinde bilinmektedir, fakat onu ölçmek ya da gözlemlemek şimdilik olanaksızdır.
Genel görelilik ve kütleçekim arasındaki temel fark, kütleçekimin g ve f olmak üzere iki metriği kullanmasıdır. g fiziksel bir metrikle eşleşirken, f steril bir metrik olup madde ile eşleşmez. Yerçekimi etkileşimleri; biri kütle ve diğeri kütlesiz olmak üzere iki yer çekimi tarafından yönlendirilir. İki graviton, g ve f metriklerinin farklı kombinasyonlarından (veya üstüste binmelerinden) oluşur.
Dolayısıyla çevredeki maddeyle farklı şekillerde eşleşirler. Kütleçekim çerçevesinde iki metriğin (ve iki gravitonun) varlığı sonuç olarak salınım fenomenine yol açar.
Fizikçilerin de açıkladığı gibi, kütleli bir yerçekiminin olabileceği fikri; genel göreliliğin ortaya atıldığından beri var olmuştur.
Einstein’ın genel görelilik teorisi, ışığın hızıyla yani kütlesiz olan yerçekimi etkileşimlerinin bir aracı parçacığını (graviton) öngörür.
1930’ların sonlarına doğru, insanlar zaten bir kütleye sahip, aracı bir parçacığı bulmaya çalışıyordu. 2010’da bu zorlu çalışma sonuç verdi. Bulgular; yalnızca bir değil, iki dinamik metriği içermektedir. Sadece bir tanesi madde ile eşleşirken, diğeri ise lineer bir kombinasyon ve kütleliyken (ışık hızından yavaş), diğeri kütlesizdir (ışık hızında).
Salınımlar
Fizikçiler, yerçekimi dalgaları üretildiğinde ve uzayda ilerledikçe, kütleçekim çerçevesinde g ve f tipi arasında salınım yaptığını ortaya koyuyorlar. Ancak yalnızca g tipi’ni tespit edebildiler. Daha önceki araştırmalar bu salınımların var olabileceğini öne sürmüş olsa da, enerji tasarrufunun ihlal edilmesi gibi, sonuçlarla karşılaştılar.
Bu salınımları anlamak için bilim insanları; salınımların birçok açıdan nötrino salınımlarına benzer şekilde ortaya çıkabileceğini savunuyor.
Nötrinolara üç farklı tarzda (elektron, muon ve tau) rastlanırken, nükleer reaksiyonlarındaki ise elektron nötrinolarıdır. Çünkü diğerleri çok kararlı bir madde oluşturmak için ağırdırlar. Benzer bir şekilde, büyük çoğunlukta sadece g metriği eşleşebilir. Dolayısıyla, karadelik eşleşmeleri gibi astrofiziksel kütleçekim dalgaları; (f-tipi dalgalar, madde ile eşleşmediğinden) g-tipi olur.
Platscher: “Salınım fenomenini anlamanın yolu, elektron nötrinolarının kesin bir kütleye sahip olmamasından ibarettir. Bunlar üç nötrino kütleçekiminin birer aracısıdır. Daha matematiksel olarak konuşmak gerekirse, kütle matrisi (elektron-muon-tau) temelde çapraz değildir. Bu yüzden, uzayda nasıl hareket edeceğini açıklayan dalga denklemi onları karıştırır ve salınırlar.
Aynı olay ikili kütleçekim için de geçerlidir: g büyük ve kütlesiz gravitonun bir karışımıdır. Dolayısıyla yerçekimi dalgası evrende dolaşırken g ve f tipi yerçekimi dalgaları arasında salınacaktır ve madde ile yapılmış olan detektörle, ikincisi görünmeyerek geçip gideceklerdi! “dedi.
Sonuçta, nötrino salınımları Schrödinger dalga denklemi tarafından tanımlanan bir kuantum mekaniği fenomeni olmasına rağmen, yerçekimi dalgası salınımının bir kuantum etkisi olmadığı ve bunun yerine klasik bir dalga denklemiyle tanımlandığı görünüyor. Ancak buna rağmen, nötrinolar ve yerçekimi dalgaları arasındaki benzerlik dikkati çekmektedir.
Fizikçilerin öngördüğü belirli bir etki; yerçekimi dalgası salınımlarının, genel görelilik tarafından öngörülenlere kıyasla daha büyük gerilme modülasyonlarına yol açmasıdır. Bu sonuçlar, yerçekimi dalgası salınımlarının deneysel olarak tespit edilmesine doğru yol gösterdiğini ve ağırlığın desteklendiğini göstermektedir.
