28 Mayıs 2023

Antimadde insanın hizmetinde

İlk kez 1932 yılında uzayın derinliklerinden atmosfere girerken keşfedilen antimadde, evrenin erken dönemlerini araştırırken de karşımıza çıkmıştı ve şimdi de akıllı yaşamı daha sağlıklı kılmak için insan bedenine gönderiliyor

Artık biliyoruz; maddi evrenimizde antimadde bulunmuyor. Bunun nedeni madde ile bir arada bulunamaz olmaları.

Bu hiçbir zaman bir antimaddeye rastlamayacağız anlamına gelmiyor. Gezegenimizde rastlanılan antimadde parçacıklarının kaynağının uzayın derinliklerinden gelen kozmik ışınlar ile yerkürenin kabuğunda bulunan bazı radyoaktif izotoplar olduğu biliniyor.

Ayrıca laboratuvar deneylerinde parçacık etkileşimlerinden antimadde parçacıkları oluştuğunu ve ardından madde eşitiyle birleşerek enerjiye dönüşerek yok olduğunu da biliyoruz.

Elektronun antimaddesi olan pozitronlar kuramsal olarak 1928 yılında, deneysel olarak da 1932 yılında keşfedilmişti. Daha sonraları kozmik ışınlarla birlikte atmosferimize giriş yapan antiprotonlar da saptandı. Muhtemelen yakın gelecekte antideuteron gibi başka parçacıkları da ölçebilir olacağız.

Antimaddenin laboratuvar koşullarında yapay olarak üretilmesi ise imkansız değil ama oldukça zor. Öncelikle çok fazla enerji gerekmekte; ayrıca onu maddesel ortamdan izole etmek de ciddi bir sorun. En ciddi sorun da antimaddenin depolanması. Antimaddeyi depolamak için kullanılan bir kabın kendisi maddeden yapılmış olacağından, bu durumda madde ve antimadde birbirlerini yok etmeyi seçeceklerdir. 

PET (Pozitron Emisyon Tomografisi)

Antimaddenin bu zorluklarına rağmen yaşamımızda önemli bir yeri var.

Bugün en bilindik antimadde, elektronun karşıt maddesi olan pozitron. Biliyoruz ki yer kabuğunda bulunan potasyum-40 izotopu bir pozitron kaynağı. Dolayısıyla doğasında bu izotopu barındıran besinlerden bizlerin vücudunda da pozitronlar oluşuyor ve madde eşitleri olan elektronlarla birleşip geride enerji bırakarak yok oluyorlar.

Günümüzde antimaddenin kullanıldığı bazı alanlar var ve en yaygın kullanıldığı alanın sağlık endüstrisi olması şaşırtıcı gelebilir. Ancak sağlık sektörü antimaddenin en etkin kullanıldığı bir alan.

Pozitron emisyon tomografisi (PET) uygulamasını mutlaka duymuşsunuzdur. Bu teknik, insan vücudunun yüksek çözünürlüklü görüntülerini oluşturmak için kullanılıyor. 

Pozitron yayan radyoaktif izotoplar, vücut tarafından doğal biçimde kullanılan glukoz gibi kimyasal maddelere bağlanır. Bunlar kan dolaşımına enjekte edildiklerinde, doğal biçimde parçalanarak pozitron salarlar ve bu pozitronlar vücuttaki elektronlarla karşılaştıklarında birleşerek gama ışınına dönüşürler.

Bu gama ışınları yoluyla da görüntü oluşması sağlanır. Bu teknik tümörleri bulmak, özellikle metastazları teşhis etmek için kullanılıyor.

PET taramalarında en sık kullanılan izotop olan Flor-18, önemli bir pozitron kaynağıdır ve yaklaşık 110 dakikalık bir yarı ömre sahiptir. Bir pozitron salarak bozunur ve kararlı oksijen-18 izotopuna dönüşür.

PET taramasında kullanılan formu ise FDG adı verilen basit bir şekerdir (florodeoksiglukoz). Kan dolaşımına enjekte edilir ve kritik organda gama ışınları şeklinde enerji vererek görüntüleme sağlanır.

ACE projesi

PET taraması, başlangıçta beyni ve kalbi incelemek için kullanılırken bugün daha çok onkolojide kullanılmakta.

CERN'de yürütülen ACE (The Antiproton Cell Experiment) projesinde, antimadde kullanımı kanser tedavisi için potansiyel bir aday olarak inceleniyor.

Günümüz parçacık ışın tedavisinde, kanser hücrelerini yok etmek için temel olarak protonlar kullanıyor. Elektronlara nazaran oldukça ağır olan bu parçacıklar, bir tümöre yönlendirildiğinde kanserli dokuyu yok etse de yolu boyunca sağlıklı hücreleri de etkiliyor ve tekrarlanan tedavilerle sağlıklı dokulara hasar verebiliyor.

ACE projesinde hedef hücrelere proton yerine onun antimaddesi olan antiprotonlar gönderilerek bu tekniğin kanser tedavisi için etkinliği ve uygunluğu araştırılmakta. Projede, antiprotonların biyolojik etkilerini incelemek üzere 10 enstitüden fizik, biyoloji ve tıp uzmanlarından oluşan bir ekip oluşturulmuş.

Geleneksel yöntemlere göre antiproton kullanımının ciddi avantajları olduğu; antiprotonların daha fazla enerji sağladığı ve sağlıklı dokudan güvenle geçip enerjiyi istenilen yerde salabildikleri belirtiliyor.

Bu tekniğin hamster hücrelerinde etkili olduğu ve insan hücreleri için araştırmaların sürdürüldüğü de verilen bilgiler arasında.

ACE projesi, kuantum fiziği alanındaki araştırmaların insan sağlığına yönelik faydalar sağlayan yenilikçi bir çözüm olarak sunuluyor:, ancak biliyoruz ki yeni tedavilerde doğrulama süreçleri uzundur ve bu nedenle ilk klinik uygulamanın ortaya çıkması da uzun bir süre alacaktır.

İlk kez 1932 yılında uzayın derinliklerinden atmosfere girerken keşfedilen antimadde, evrenin erken dönemlerini araştırırken de karşımıza çıkmıştı ve şimdi de akıllı yaşamı daha sağlıklı kılmak için insan bedenine gönderiliyor.

Bazı zihinler bu yolu açarken, büyük çoğunluk bunlardan yararlanıyor ve bazıları da şaşırarak bu olağanüstü süreci izliyor.

Bazı zihinler derken bilimin yolunu açanları; yararlananlar olarak tüm insanlığı ve şaşırarak izleyenler derken de bilim insanı olmamakla birlikte bu olağanüstü süreci anlamaya çalışmaktan keyif alan sizleri kastettiğimi özellikle belirtmek isterim.

Bazen bilim ve teknolojiyi üretmek kadar onu anlamaya çalışmak da önemlidir!


Kaynakça

https://www.newscientist.com/article/dn17113-making-antimatter-and-putting-it-to-use/

https://public-archive.web.cern.ch/en/research/ACE-en.html

https://home.cern/science/experiments/ace

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2579910/#:~:text=The%20most%20commonly%20used%20isotope,life%20of%20approximately%20110%20minutes.

Nafiye Güneç Kıyak kimdir?

Nafiye Güneç Kıyak, Lisans eğitimini İstanbul Üniversitesi (İÜ) Fizik Bölümü ve yüksek lisans eğitimini İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) Nükleer Enerji Enstitüsünde tamamladı. 

Çalışma hayatına Türkiye Atom Enerjisi Kurumu- Çekmece Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi'nde araştırma reaktörü radyasyon güvenliği sorumlusu olarak başladı. 

Doktora sonrası Uluslararası Atom Enerjisi Kurumu bursu ile Almanya-GSF (Gesellschaft für Strahlen- und Umweltforschung-München)'de "nükleer santraller çevre analizleri, radyasyon dozimetrisi, nükleer teknikler" alanlarında çalışmalarda bulundu. 

Yurda dönüşünün hemen ardından doçent ve daha sonrasında da profesör oldu.

1996 yılında kurulan Işık Üniversitesi'nin kuruluş çalışmalarına katıldı ve çeşitli kademelerde görev alarak kurucu fizik bölüm başkanlığı, Fen Bilimleri Enstitüsü müdürlüğü görevlerinde bulundu. "Lüminesans Araştırma ve Arkeometri Laboratuvarı"nı kurdu modern fizik konularında lisans ve yüksek lisans dersleri verdi.

2010- 2015 yılları arasında Işık Üniversitesi Rektörü olarak görev yaptı. 

Rektörlük süresini tamamlamasının sonrasında Feyziye Mektepleri Vakfı okulları CEO'su görevinde bulundu. 

Prof. Kıyak'ın uluslararası bilimsel dergilerde yayımlanmış çok sayıda bilimsel makalesi, yurtiçi ve yurt dışında sunulmuş 200 dolayında bilimsel çalışması bulunmaktadır.

Ayrıca popüler bilim alanında üç kitabın yazarıdır: Aklın bilinmeyene yolculuğu: KOZMOSSırlar evrenine açılan kapı: KUANTUM ve Başlangıcın ötesi: ÇOKLU EVRENLER. 

2019'dan bu yana T24 Haftalık'ta popüler bilim konularında yazılar yazmaktadır. 

Prof. Kıyak evli ve iki çocuk sahibidir.

 

Yazarın Diğer Yazıları

Solucan delikleri ile dolanıklık ilintili mi?

Bazı kuramsal fizikçiler, görünüşte farklı olan Kuantum mekaniğinin dolanıklığı ile Genel Göreliliğin solucan deliklerinin aslında eşdeğer olabileceğini öne sürüyorlar. Eğer bu doğrulanırsa bu denkliğin elbette derin sonuçları olabilir. Buna göre makro yapı yani "uzay-zaman" evrenin mikroskobik bileşenlerinin, yani kuantum parçacıklarının dolanıklığından ortaya çıkmış olabilir, deniyor

Evrenin tuhaf yıldızları

Kendi etrafında yüksek hızlarla dönen nötron yıldızı, düzenli aralıklarla bir elektromanyetik ışıma yayıyorsa bu nötron yıldızı "pulsar" olarak adlandırılıyor

Dünya'nın durduğu gün

Dünya durursa ne olur?