Cern Gezisi

featured

2013 Sömestr tatilinde Yeditepe Üniversitesi IEEE Öğrenci Kulübü Cern’i (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) ziyaret etti.

AVRUPA NÜKLEER ARAŞTIRMA MERKEZİ

            İsviçre’nin Cenevre kentinde Fransa sınırında bulunan Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi  CERN; dünya’nın en büyük parçacık fiziği laboratuarıdır. Evren nasıl oluştu sorusuna cevap aramak için kurulmuş yüzlerce bilim insanının çalıştığı bir bilim merkezidir. 1954 yılında 12 ülkenin katılımıyla kurulmuş olan CERN’in kuruluş amacı üye ülkelerin kendi bütçe olanakları ile gerçekleştiremeyecekleri araştırmaları ortak olarak yürütebilmektir. Bu bilim merkezine 15.01.2013 tarihinde kulübümüzce düzenlenen gezide bize deneysel fizikçi Bora Akgün rehberlik etti. İlk olarak burada bilim adamı olarak çalışmanın heyecanı üzerine konuştuğumuz Bora Akgün Cern’de CMS projesi için çalıştığını belirtti. Geziye katılan öğrencilerin sorusu üzerine 2008 mayıs ayından buyana CERN’de çalıştığını söyledi. Bünyesinde yüzlerce bina ve binlerce çalışan barındıran Cern’ü büyük bir üniversite yerleşkesine benzeten Bora Akgün binaların yanı sıra bu yerleşkede birçok anıtın ve güneş enerjisiyle çalışan fıskiyelerin bulunduğunu belirtti. Türkiye’nin Cern’e üye olması gerektiğini belirten Bora Akgün öğrencilerimizden gelen bir soru üzerine Cern bünyesinde 101 Türk fizikçinin çalıştığını bunlardan 77 tanesinin Türkiye’deki üniversitelerden mezun olduğunu benzer şekilde henüz üye olmamasına rağmen Koreli birçok fizikçinin Cern için çalıştığını belirtti. Cern neden var konusu üzerine konuşuldu. 2. Dünya Savaşı sebebiyle geri kalmış olan bu kıtanın ilerlemesi için kurulan ve evren hakkında temel sorulara yanıt arayan araştırma merkezinin bu araştırmaları yapabilmek için teknolojiye ihtiyacı olduğunu belirten Bora Akgün bu teknolojinin yine bu araştırma merkezinde üretildiğini söyledi. Dünyanın dört bir yanından gelen fizikçilerin aynı ortamda iş birliği içerisinde çalışabilmesi için güzel bir platform oluşturduğunu bu sayede bilim aracılığıyla ulusları bir araya getirdiğini belirtti. Cern için network oluşturulduğunu bu network sayesinde Cern için çalışan fizikçilerin buradaki verilere ulaşabilmek için burada olmaları gerekmediğini yani sürekli olarak Cern’de kalmaları gerekmediğini buradaki etkinliklerin analizlerine ve bilgisayarındaki verilerine uzaktan da ulaşabildiğini belirtti. Bu araştırma merkezinin birçok nobel ödülü kazanan çalışmalara olanak sağladığından söz eden Bora Akgün bu çalışmalara örnek olarak şunları gösterdi;

–         1984 yılında w ve z bozanlarının keşfiyle Carlo Rubbia ve Simon Vander Meer

–         1976 yılında Elektron – Pozitron parçacık hızlandırıcısıyla Sam Ting ve Burt Richter

–      1992 yılında detektör teknolojisiyle ilgili yaptığı parçacık algılaçlarının geliştirilmesi Georges Charpak

            Bu merkez bünyesinde bir çok yüksek enerjili parçacık hızlandırıcı bulundurmakta, küçük parçacıklar bu mekanizmalar sayesinde hızlandırılıp çarpıştırılmakta. Bu çarpışmanın gözlemlenebilmesi için bu hızlandırıcı yapıların içine detektörler yerleştirilmekte Bora Akgün bu detektörleri bir tür elektronik göze benzetti. Bu elektronik gözler gözle görülmeyecek küçüklükteki parçacıkların hareketini gözlemlenebilir hale getirmekte. Cern’in hızlandırıcı yapısı üç ana bağımlı hızlandırıcılar etrafında inşa edilmiştir;

–          Proton Synchrotron (PS)

–          Super Proton Synchrotron (SPS)

–          Large Electron- Positron (LEP)

           Cern’de parçacıkları hızlandırıp çarpıştırıyoruz çünkü maddenin ve etkileşimlerin alt yapısını anlamaya çalışıyoruz. En küçük parçacıkla ilgileniyoruz, gözlemleri önce mikroskoplarda sonra parçacık hızlandırıcılarıyla yapıyoruz.

10-10m = 0.1nm de elektron bulutu gözlemliyoruz.

10-12m de daha yoğun bir yapı çekirdeği gözlemleyebiliyoruz.

10-14m de proton ve nötronları gözlemleyebiliyoruz.

10-15 m de quarkları gözlemleyebiliyoruz.

     Periyodik cetvel atomları benzerliklerine göre gruplar atomlar kendilerini oluşturan parçacıkların özelliklerini taşırlar. Elementler protonlar ve nötronlardan oluşur. Maddenin yapısını legolara benzeten Bora Akgün maddenin küçük legolardan parçacıklardan oluştığunu 1911 de Rutherford’un bu parçacıkları gözlemleyip atomun yapısını üzümlü keke benzettiğini hatırlattı.

       Proton ve nötronların yapısı incelendiğinde aynı quarklardan oluştuğunu belirten Bora Akgün yapılarının aynı olmasına karşın ömürlerinin uzunluğu arasındaki fark üzerinde durdu.

1

2-3

        Proton ve Nötronun yapısının yukarıdaki gibi kabaca şematize edilebileceğini belirten Bora Akgün iki yapımında quark u ve quark d’lerden oluştuğunu fakat protonun ömrünün evrenin ömrü kadar uzun olduğu halde nötronun 17 dakika sonra bozunduğunu belirtti.

       Quark t’nin kütlesinin çok büyük olduğunu belirten Bora Akgün büyük patlamadan hemen sonra büyük parçacıkların yani t’lerin olduğunu daha sonra bu büyük parçacıkların zamanla bozunup daha küçük kütlelere miktarı fazla ama küçük kütlelere bozunduğunu belirtti.

      Bu dönüşümü şu şekilde sembolize edebileceğimizi belirten Bora Akgün bu parçacıkların nasıl hızlandırıldığını ve nasıl gözlemlendiğini daha sonra anlatacağını söyledi.

4

      İlk patlamalarda quark t ler vardı daha sonra bu quark t’ler  quark c’lere bozundu ve zamanla bu c’ler  u’lara ve d’lere dönüştüler. t’ler çok büyük kütleye sahipken quark u ve quark d quarklarını gözle göremiyoruz. Şuan çevremizde gördüğümüz her şeyin yapısında quark u, quark d ve elektron bulunduğunu belirten Bora Akgün quark t’yi anne parçacık u ve d ‘yi yavru parçacıklar olarak düşündüğümüzde eğer yavru parçacıkları anlarsak oları çözümleyebilirsek quark t’yi yani anne parçacığı yani ilk evreni anlayabileceğimizi ve eğer ilk evreni anlayabilirsek ilerde ne olabileceğini daha iyi tahmin edebileceğimizi belirtti.  Buradaki hızlandırma mekanizmalarıyla parçacığın en küçük biriminin yapısını, davranışını anlamaya çalıştıklarını belirten Bora Akgün bizlere neden en küçük birimi anlamanın önemli olduğunu anlatmaya çalıştı.

Bora Akgün parçacıkların hızlandırılması işlemini şu şekilde anlattı;

            İlk olarak parçacık, fizik derslerinde gördüğünüz gibi manyetik alan uygulanarak hız kazandırılır. Bu işlem sonunda parçacık lineer olarak hız kazanmış olur. Lineer olarak hızlanmış proton Proton Synchrotron Booster yapısında hareketinin lineerliğini yitirip dairesel hareket etmeye başlar. Parçacığın dairesel hareket etmesi gerekli çünkü bu sayede deney alanını küçültmüş oluyoruz. Şöyle ki eğer parçacık bir borunun içinde dairesel olarak hareket ederse o borunun içinde daha uzun süre kalır eğer aynı boru içerisinde lineer hızla hareket ederse çok kısa süre o boru içerisinde kalır parçacığı gözlemleyebilmek için çok uzun deney düzeneği gerekir. Booster 157m lik bir yapı, parçacığa dairesel hareket verip onu dairesel yörüngede tutma işlemini manyetik alan sayesinde yapılır.

5

Parçacık hızlandıcısının bir kesitinin maketi

1-      Proton Synchrotron (PS)

      1950lerin sonlarında inşa edilmiş olan PS dünyanın en eski yüksek enerjili hızlandırıcısıdır. 28 GeV’lik eş zamanlı proton hızlandırıcıdır. Proton Synchrotron Booster’dan gelen 1.4 GeV’lik kinetik enerjiye sahip proton bu yapı sayesinde hızlandırılır. Parçacıklar 628,3 m etrafında hızlandırılırlar, bu yapı kullanılarak protonlar anti protonlar elektronlar ve positronlar hızlandırılabilirler.

2-      Super Proton Synchrotron (SPS)

      1976da inşa edilen yapı sayesinde parçacıklar 7km etrafında hızlandırılır yani deney düzeneği 7 km etrafında inşa edilmiş. Cern’deki 2. büyük yapıdır.  PS’den gelen parçacıklar 450’ GeV e hızlandırılır. SPS 744 tane dipole mıknatıs bulundurur yapısında, hızlandırıcılatın yapısında bulunan mıknatıslar odaklama işlemi için gereklidir.

3-      Large Electron- Positron (LEP)

      Cern’deki en büyük makinedir inşası 2008 yılında tamamlanmıştır. 23 000 ton ağırlığındadır 27 km etrafında parçacıkları hızlandırır. Parçacıkların makineler arasındaki transfer işlemi için vakum teknolojisi kullanılmıştır.

      Bu deney düzenekleri yerin altındaki tünellere parça parça yerleştirilip birbiriyle olan bağlantıları yerin altında yapılmakta. Detektörlerin yerin 92 m altında olduğunu belirten Bora Akgün bu detektörlerden elde edilen verilerin analizinin Cern’deki teknolojilerle yapıldığını belirtti. CMS’te oluşan proton topluluğunu bohçaya benzeten Bora Akgün bohça dönerken odak sorunu olduğu için RFC’de 4 kutuplu mıknatıs kullanıldığını belirtti. Bu parçacık bohçasını sörfçüye manyetik dalgayı da deniz dalgasına benzeten Bora Akgün dalganın gelişinin zamanlamasını doğru ayarlayamazsanız sörfçü hızlanamaz örneğiyle odaklamanın ve doğru zamanlamanın önemi üzerinde durdu.

Çarpışmaların gözlemlenebilmesi için kullanılan detektörler;

–          ATLAS

–          ALİCE

–          CMS

      Parçacıkları odaklayıp çarpışmaların gerçekleşmesini ve gözlemlenebilmesini sağlarlar.

1-      ATLAS

      Aynı anda çoklu süper simetri analizi yapabilir. Proton proton çarpışmalarının gözlemlenmesi ve analizleri için kullanılır. Atlas detektörüyle 2010’da ilk çarpışma gözlemlenmiştir bu çarpışma 7TeV’lik enerjiye sahiptir.

2-      ALİCE

      Quarkları ve gluon plasma denen plazmatı incelemek için kullanılıyor bu detektör. Mddenin bigbang’den sonraki halini nötron ve proton oluşmadan önceki halini araştırmak için kullanılıyor. İon çarpışmalarını ölçmek analiz etmek için dizayn edilmiş bu cihaz. 26m uzunluğundadır yarıçapı 16m’dir ve ağırlığı 10000 tondur. Bu birimde dünyanın 30 farklı şehrinden gelen yaklaşık 1500 bilim adamı çalışmakta. LHC enerjisinde iki kurşun ionu çarpıştığında birçok yeni parçacık meydana gelir, bu çarpışma sonucunda oluşan bu yeni parçacıkların belirlenmesinde, özelliklerinin araştırılmasında kullanılıyor bu detektör.

3-      CMS

      Atlas gibi CMS’de proton çarpışmalarının gözlemlenmesi ve analiz edilmesi için kullanılırlar. CMS inşa edildikten sonra yer altına partiler halinde indirilip her indirilen parçanın çalışıp çalışmadığı kontrol edilmiş.

       Bora Akgün CMS ve Atlasta aynı gözlem yapılıyorsa ve gözlem sonucu aynı verilerle sonuçlanıyorsa hata payının çok düşük olduğunu belirtti.

Yukarıda anlattığımız yapıların tamamını aşağıdaki şemada görebilirsiniz;

6

         Parçacığa nasıl hız kazandırıldığını anlatan Bora Akgün madde dominant bir evrende yaşadığımızı burada anti madde ile ilgili araştırmalarında yürütüldüğünü belirtti anti proton elde ettiklerinde bu parçacığı yavaşlatmak için bir yapıya ihtiyaçları olduğunu ve bir parçacığı yavaşlatmak için AD denilen yapıyı kullandıklarını belirtti.

Anti proton Declerator (AD)

      1999 da inşa edilen yapı 182m uzunluğundadır. PS’den alınan huzme sabit bir yapıyla çarpıştırılıp bu yapının anti protonu elde edilmeye çalışılır. Elde edilen bu anti protonu inceleyebilmek için yavaşlatmak gereklidir. Bu yapı içerisine yerleştirilmiş manyetik tuzaklat sayesinde anti proton yavaşlatılır. Yavaşlaması sağlanırken spiral hareketini yitirmemesi sağlanmaya çalışılır. Daha sonra bu anti proton üzerinde çalışmalara başlanır mesela eğer anti hidrojen elde edilmek isteniyorsa bu anti proton üzerine hidrojen bombandımanı uygulayarak anti hidrojen elde etmeye çalışırlar. Kısa süreli bir yapı oluşur ve bir tane elementin anti yapısını elde etmiş oluruz. Bora Akgün antiyapı elde ettiğinde ilk inceleyeceği özelliğin enerji seviyeleri farkına bakmak olduğunu belirtti. Birebir aynı olduğunu gözlemlenen hidrojen ve anti hidrojen dengede kalırlar ama sanıldığı gibi birbirlerini yok etmezler. Dan Brown’un kitabının ve filminin güzel olduğunu ama bilimsel açıdan incelendiğinde eksik ve hatalı kısımların bulunduğunu belirten Bora Akgün sıfırdan üretilen bir yapının enerji kaynağı olarak kullanılamayacağını söyledi. Yani anti maddeyi enerji kaynağı olarak kullanmak mümkün değil. Şuan bilim adamlarının anti hidrojeni incelediğini söyleyen Bora Akgün anti hidrojenle ilgili incelemeler bittiğinde bir sonraki hedefin anti helyum olabileceğini söyledi.

7

LHCB

       Bu yapı b quarklarının tesbiti analizi için kullanılıyor. Çarpışmalar bu yapının önünde gerçekleşir ve bu yapı tek yöne giden parçacıklarla ilgilenir sadece onların verilerini alır. b quarkı 10-12 sn yaşar ve hemen başka parçacıklara bozunur.

      Öğrencilerimizin sorusu üzerine Bora Akgün CERN’deki çalışmalara ara verileceğiyle ilgili olan durumu açıklamaya çalıştı şöyle ki; CERN bilim camiasında yapılan en büyük işbirliğidir burada çok organize çalışıyoruz. LHC 2008’de başladı bu işi yapmaya ve son zamanlarda onunla 8 TeV’de ölçümler yaptık. 14 TeV’de ölçümler yapabilmek için hızlandırıcının aşamalar halinde geliştirilip sınırlarının zorlanması gerekli. İlk hedef 13TeV’de ölçümler yapabilmek. Hızlandırıcının bakımı detektörlerin verileri doğru ve çok hızlı bir şekilde işleyebilmesi için detektörleri geliştireceğiz. Buradaki çalışmalar uzun süreli planlamalarla yürütülüyor. 2015 geldiğinde çarpışmalar tekrar başlayacak ama o zamana kadar araştırmalar ve geliştirmek için biz burada olmaya çalışmaya devam edeceğiz.

       Öğrencilerimizden birinin Cern’in nasıl finanse edildiği sorusuna Bora Akgün şöyle yanıt verdi; Cern ona üye devletler tarafından finanse ediliyor. Cern patent almıyor ürettiği hiçbir şeyin patentini almıyor fakat çalışmaları üye devletlere patent olarak geri dönüyor. Cern en çok harcamayı elektrik enerjisi için yapıyor çünkü soğutma sistemleri için elektrik kullanılıyor.

      Öğrencilerimizden birinin burada doktora yapan öğrencilerin doktora sonrası çalışma hayatlarına nasıl devam ettiklerini sorusu üzerine Bora Akgün İngilterede yapılan bir istatistiği anlattı şöyle ki; İstatistiklere göre Cern’den doktora alanların 1/3 ü öğretim alanına 2/3 ü de sanayiye dönüyor.

       Aşağıdaki görünüm Cern’de bulunan binalardan birinin üzerindeki çizim gezi sırasında Bora Akgün bu çizimi öğrencilerimize açıkladı şöyle ki:

8

        Atlas detektöründen bir kesitin görüntüsü bu, siyah kısım treaker, koyu mavi bölüm enerji ölçümünün yapıldığı elektromanyetik kalorimetre, açık maviyle gösterilen kısım hadronik kalorimetre, yan tarafta 4 tane elips şeklinde çizilmiş mor turuncu çizgili yapı koroid mıknatısları temsil etmekte.

      Şekli incelediğimizde saat 11 yönündeki parçacık myön olabilir çok hızlı olduğu için kırılmamış.

      Nötrina adını verdiğimiz yapılar quarklardan yan ürün olarak oluşurlar. Bu yapı maddeyle etkileşmez kütlesi yok gibidir sıfıra yakındır.

      Peki kütlesi olmayan bu yapının varlığını nasıl anlıyoruz nereden bu çıkarımı yapıyoruz?

      Nötrinanın varlığını kaybedilen enerjiden yola çıkarak yapılan enerji analizleri sonucunda anlıyoruz. Bir enerji kaybı varsa bir bozunma ve bu bozunma sonucunda ortaya çıkan bir parçacık var demektir.

      CERN’deki gezimizi bitirmeden önce Bora Akgün’le birlikte The Hunt for Higgs isimli oyunu oynadık. Oyun kapsamında higgs parçacığını bulmaya çalışıyoruz ekrana çeşitli bozunum görüntüleri geliyor ve biz bu bozunumlardan hangisinin normalden farlı olduğuna karar veriyoruz.

9

Öğrencilerimiz CERN’deki globun önünde

     Daha sonra bize eşlik ettiği ve bilgilendirdiği için teşekkür edip CERN’deki teknik gezimizi sonlandırdık.

One comment

  1. Zeynep dedi ki:

    Cern’le ilgili herkesin anlayacağı gibi bir yazı arıyordum. Sizin sayfanızdaki yazıyı gördüm. Tamamını anlamasam da oldukça açıklayıcı ve sade bir dille anlatılmıştı. Bilgilendirme için çok teşekkürler. Ayrıca, Cern’de bizde de bilim insanlarının olması beni çok gururlandırdı ve umutlandırdı. Sizin nezdinizde, Sayın Bora Aygün’e de teşekkür eder, başarılarının devamını dilerim.
    Saygılarımla,
    ZYS

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir