Catalog

liğine doğru ık ıçın uygun olabılıyordu Carlo Rubı, hızlandırıcıyı, ters yönde giden ıkı rçacık demetını karşılaştıracak bır rpıştırıcıya dönuşturmeyı önerdı Bu kılde enerjı yonunden çok 1yı verım nacaktı, kuramsal olarak, hızlandırılş 450 GeV'dekı ıkı parçacık çarpışın900 GeV'lık kınetık enerjıyı serbest akır Çarpıştırıcıların tek sakıncası çarpışiların seyfek olmasıdır Ikı parçacık ımetı karşı karşıya geldıklerınde çoğu man hıç bır şey olmaz Parçacıklar k kuçuk olduklarından çarpışmadan ıçerler Çok buyuk sayıda parçacık planıp dar bır boruda karşılaştırılabı3e çarpışma olasılığı artar SPS yı çarştırıcı olarak kullanmak ıçın en ekonoık çözum antıprotonlardan yararlanaktı Oysa, karşı maddelerın uretımı ve ıllanımı çok zordur Ancak yıne de anırotonlardan yararlanılmasının nedeböylece hızlandırma ve yonlendirme stemlerınde hıçbır değışıklığe gerek ılmamasıydı Daıresel bır hızlandmcıı, yuklenmış parçacıklar elektrık alanrla hareket ettırılıp manyetık alanlarla ınlendırılır Parçacıklar, halka boyunı yerleştırılmış hızlandırıcı bölumlerden jçtıkçe ılerı ıtılırler ve yıne yol boyu dılı mıknatısların etkısıyle yorungelerı :erınde kalırlar Antıprotonların yuku otonların yukunun tersı olduğundan, /m elektrık ve manyetık yukler bunları rs yonde ıterler Buna karşın, protona ırşı proton şoku yaratmak ıçın, bır başı mıknatıs grubunun ıkıncı demetı ters rafa yönlendırmede kullanılması gerer Bu da önemtı ve pahalı değışıklıkr ıster 7O'lı yılların sonunda "stoşastık soutma" dıye adlandırılan bir yöntemle ntiprotonlann stoklanması ve odaklanlası gerçekleştırıldı Böylece, SPS'ye 00 mılyar antıprotonluk demetler yukmebılecek, yanı protonantıproton çarışmalan ızlenebılecek kadar yoğun deletler elde edılebılecektı Bu gelışmeen sonra, sonuç alınmada gecıkılmeı CERN'den fızıkçıler Aralık 1982'de ıf* v e W bozonlarını, Mayıs 1983'te Z° bozonlarını ortaya çıkaçdılar Böylece deney, kuramı doğrulamış oldu Bılım yenı bır buyuk başarıyla karşılaştı Dev çarpıştırıcı: LEP Bu buluş, SPS'nın ıtıbannı en yuksek duzeye ulaştırırken, bır yandan da duşuşunun başlangıcı oldu Halen hızlandırıcı ve çarpıştırıcı olarak kullanılmasına karşın, daha guçlu ve verımlı makıneler yerını almaya başladı Bunlardan ılkı CERN'ın ınşaatı suren 27 km'lık super halkası LEP'tır LEP (Buyuk elektronpozıtron çarpıştırıcısı) 1990'dan önce hızmete gırecek Elektron ve pozıtronları (artı yuklu antıelektronlar) ters yonde hızlandıracak olan LEP'te başlangıçta, 50 GeV'lık bır enerjı taşıyan ıkı parçacık demetı 100 GeV'lık çarpışma enerjısını serbest bı rakacak Akla hemen bır soru gelıyor SPS, protonları 450 GeV'ye kadar hızlandırırken, elektron ve pozıtronları ancak 50 GeV'ye kadar hızlandıracak 27 km'lık bır halkaya neden gerek duyuldu? Yanıt basıt Fızıkçıler elektronları protonlara yeğlıyorlar, çunku elektronlar daha "temız" ve fızıkçıler temızlık hastası Protonantıproton çarpışmasıyla uretılen kafarnaum görulduğu zaman fızıkçılerın bu tıtızlığı daha lyı anlaşılıyor Bunlar tek unsurlu parçacıklar değıller Bır protonla antıproton karşılaştığı zaman, uç kuarkla uç antıkuark çarpışıyor, bunun sonucunda, bozonun belırlenmesının çok zor olduğu bır ortamla karşılaşılıyor Ustelık, bozonun tek bır kuarkla tek bır antıkuarkın şokundan doğduğunu unutmamamız gerekır Oysa, her proton (ya da antıproton) 320 GeV'lık enerjı ıçerırken her kuark (ya da antıkuark) doğal olarak daha az enerjı ıçerıyor Işte bu nedenle 90 GeV'lık bozon uretmek ıçın, 640 GeV'lık enerjı gerekıyor (320 GeVlik protonla antıprotonun karşılaşma şoku sonucu serbest kalan enerjı) Elektron ve pozıtron.basıt parçacıklar olduklarından (bılındığı kadarıyla) doğrudan bozon (özellıkle notr bozonlar Z°) uretebılırler Elektronpozıtron karşılaşması sırasında, şokun enerjısı çeşıtlı altparçacıklarda boşa harcanmaz ve butunuyle bozonun yaratılması ıçın kullanılır Bu nedenle LEP'te elektron ve pozıtonları 50 GeV'ye kadar hızlandırmak yeterlı olacaktır çarpışmanın 100 GeV'lık enerjısı bozonun doğuşu ıçın fazlasıyla yeterlıdır Ustelık, elektron ve pozıtron tek unsurlu parçacıklar olduklarından, şok sırasında karmaşık yapılar oluşmayacak ve bozonların belırlenmesı oldukça kolaylasacaktır Ne yazık kı, elektronlar daha temız olmalarına ve kullanımları protonlardan kolay olmasına karşın çok buyuk mıktarda enerjı tuketırler Eğrı Dir yörungede yol aldıkları zaman, enerjılerının bır bolumunu X ışınları yayarak harcarlar Bu parazıt radyasyon (sınkrotron radyasyonu), parçacıkların hızına ve yolun eğrılığıne bağlıdır Elektronlar hızlandırıldıkça ve eğrılık arttırıldıkça radyasyon ve enerjı kaybı daha fazla olur Elektronlarda yuksek enerjının bulunması ıstenıyorsa, LEP'te olduğu gıbı buyuk çaplı hızlandırıcılar ınşa ederek yörungenın eğrılığını azaltmak gerekır Yoksa ener |i faturası çok yuksek olur 16 megavvatt enerjı tuketecek LEP, SPS'nın boyutlarında olsaydı 2000 megavvatt enerjıye gereksınım duyacaktı Parçacık Fiziği Nedir? Perıhan Tolun ODTÜ Fizik Bölumu Öğrotlm Uyesi Yuksek Enerfi Çekırdek Fızığı veya Parca cık Fızığı, doğa bılımlerınm en feme/ınde bulunmaktadır Bılındığı gıbı, evrendekı maddelerın kendı özellıklennı tasıyan en kuçuk parçalanna mo lekul denır Element denılen saf maddelerın en kuçuk parçalan ıse atomlardır Molekuller değışık atomhnn bır araya bağlanmasından o/u sur ve kımyasol reakuyonlor sonucu btrbırtne donusebılırler 1910'larda Rulherlord, c/eney/erı sonucunda afomların da bır ıç yapısı olduğu anlafilmiftır Artı elektrık yuklu çeLırdek (vevo nuk /eusj ve etrofında elcsı elektrık yuklu elektron lar Çekırdek yapısınm ıse proton ve nötronların bırbırlerıne sıkıca bağlanmasıylo oluftuğu daha sonrakı araftırmalarla oıiaya çıkmıy Tır, ve nukleer reaksıyonlar sonucunda, çekır deklerm dolayısıyla aiomlonn bırbınne donuşmesının mumkun olduğu gorulmuftür Bu durumda en temelde uç çeşıt parçacık vardır Elektron, proton ve nötron Ancak ) 940'ların ıkıncı yartsında muonların ve p/onların keffedılmesı ıle temel parçacık iayısı bırden yukselmif ve parçacık fızığı nukleer hzıkten ayn ve daha temel bır dal olarak orfaya çıkmiftır Daha ionrakı yıllarda kaonlar ve çeutlı hıperonlann keffı ıle temel parçacık tayısı daha da arftı Bulun bu yenı parçacıklar çok lcıso "bmur"luydu 10' • ı0 '° tanıye mertebetınde belırgın bır iure ıçınde kendılıklennden bozunmaya uğruyorlaıdı Halbukı elektron, proton ve nbtronun, kendı baflanna bırakılaıkları zaman sontuza kadar veya çok uzun b/r"Süre "ya}adığı" (değifmedığı) bılınıyordu 196O'lı yıllarda daha da kua omurlu ()0u tanıye meriebesınde) bırçok yenı porçotiK koffedııdı Aıiık butun bv parçacıkları sınıflandırmak ve belkı de daha temel unsurlardan oluftuklarmı dufunmek gerekıyordu Bu nnıflandırmada parçacıkların statık ozellıklerı ıle bıtlıkte aralanndakı etkılefmeler, bırbırlen uzermdekı kuvvetler de goz onune alındı Çekırdek Protonlar da X ışını yayarak enerji tüketirler mi? Bu radyasyon yalnızca elektronlar ıçın görulen bır özellık değıldır Eğrı hatta hızlandırılmış tum yuklu parçacıklar tarafından yayılır Ancak protonlar elektronlardan 2000 kere daha ağır olduklarından daha az hızlanırlar ve daha az enerjı tuketırler Dolayısıyla, protonlara daha kuçuk hızlandırıcılarla daha fazla enerjı yuklenebılır Buna karşın, daha çok enerjı ıçın, yıne halkanın boyunu buyutmek gerekır Ancak buna neden, protonun kutlesıdır Radyasyonu onleyen ağır kutle manyetık alanda ılerlemeyı zorlaştırır Protonlar hızlandıkça mıknatısların daha guçlu olması gerekır Sonuçta, ok gıbı fırlayan elektrık faturasıyla karşılaşılır Bu, yolun eğrılığının halkanın buyutulmesıyle azaltılması sonucu önlenebılır özetleyelim. Fızıkçıler, temel kuvvetlerı daha lyı koşullarda ıncelemek ıçın çok guçlu ve temız çarpışmalar, yanı yuksek enerjılı tek unsurlu parçacıklar ıstemektedırler Onlara sunulan ıse tek unsurlu olmayan enerjık protonlar ya da radyasyon nedeniyle yuksek enerjılere Devamı arka sayfada ıçındekı gıbı 'TcuvveHı ef(cı/eşmeler"e duyarsız olan parçacıklara lepton (elektron, muon v b ), duyarlı olan parçacıklara ıse hadron (proton, nötron, kaon v b) odı verıldı Lep tonların basıt parçacıklar olduğu, hadronların ıse daha basrf unturlardan o/usan bır ıç yapm bulunduğu ortaya çıkıyordu Hadronların özellıklennı ızahta en bafarılı kuramsal modele göre kuark denılen uç temel unsuı değifik kombtnosyonlar halınde butun hadronları olufturabtlıyordu Yenı deneytel sonuçlar ve modelın daha gelifmen ıle kuark sayıtı dorde, ton yıllarda ıse aitıya çıkanldı Bugun en temel parçacık olarak altı lepton ve butun hadronları olufturabılen altı kuark bılınıyor Ancak kuark lar gbzlenemıyor Ayrıca etkılpfmelerde aracı rolunu ustlenerTbozonlar var Parçacık fızığınde kuramsal çalısmalar ılerı matematıktel metotlar gerektırmıstır Önemlı ge/ısme/er ve bugun kohul edılen basanlı lcuramlar grup teorısıne ve kuantum alanlar te ortsıne aayanır Deneyso/ çalısmalar başlangıçta kozmık ısınlarla yapılıyordu Ancak bunlar yeterınce kontrol edılemedığı ıçın 1950'lerden ıtıbaren hızlandırıcı kullonımı ön plana geçmıstır Bugün farklı parçacıkların deneysel amaçlarla yuksek enerjilerde ıstenıldığı gıbı elde edılmesı sınkrotron tıpı hızlandırıcııar ıle mumkun olmaktadır Çok buyıik masrof gerektıren bu çalısmalar aunyada bırkaç merkezde yurutulebılmektedır Cenevre'd«CERN, Homburg'da DESY, Chıcago yakınlarında Fermılab, Calıfornıa'da SLAC bugun ıçın en yuksek enerjılere ulasabılen hızlandırıalarm bulunduğu merkezlerdır Buralarda ve dığer bazı merkezlerde yapılan parçacık fızığı arastırmaları çok basanlı, çok ılgınç sonuçlar vermekte ve evremn sırlannın bulunmasında bırincı derecede rol oy namaktadır D Sabıt bır hedef hızlandırılmış parçacık larla bombalandığı zaman ener/ının bu yuk bölumu boşa gı der (1) Ters yönde ılerleyen hızlandınl mış parçacıklar ça rpıştırıldığı zaman ıse karşılıklı ıkı Bnerjınm toplamından yararla nilmış olunur ve yenı parçacıklar yaratılır Bu çarpışmalarda daha ağır parçacıklar elde edılmek ıstenıyorsa daha yuksek ener/ı sağlamak gerekır Sabıt hedeflere karşı hızlandırılmış parçacıklar. Karşı madde Avantaılan ve sakıncaları çar pışma elde etmek amacıyla bır yönde madde parçacık de metı dığer yönde karşı madde parça cık demetı (örneğın protona karşı antıp roton) hızlandırılabı lır Madde ve karşı maddenın karşı yuk len olduğu ıçın tek bır hızlandırıcı yönlendı rıcı sıstemı yeterlı gelır (1) Ancak karşı maddeyı uretmek zordur Dığer çözum aynı yapıya sahıp parçacıkları çarpıştırmaktır (2)