Catalog

Astroparçacık Fiziğinin Avrupa’daki Güncel Durumu ve Gelecek Yol Haritası M. E. Özel, Çağ Üniversitesi Uzay ve Astronomi Ofisi, TarsusMersin [email protected] ; [email protected] Çok Yüksek Enerjilerde Evren ve Türkiye’deki Astroparçacık Fiziği Çalışmaları yazısının ikinci ve son bölümü III. Çok Yüksek Enerjilerde Evren Kozmik ışınlar 100 yıl önce 1912’de Avusturyalı V.Hess tarafından keşfedildi. Kozmik ışınların bir bölümü, parçacık hızlandırıcılarında elde edilebilen enerjilerden 100 milyon kat daha fazla enerjilere sahipler. Kozmik mekanizmaların parçacıkları nasıl bu enerjilere ulaştırdıkları henüz çok büyük bir bilmece. Çok yüksek enerjili kozmik ışınların ve gama ışınlarının, nötrinolarla birlikte ele alınmasının buna çözüm getirebileceği düşünülüyor. Bu alanda PaF’nin ‘amiral gemisi’ konumunda olan deney, Arjantin’deki kısaca AugerGüney olarak bilinen Southern Pierre Augee Observatory’dir. (SPAO) (Şekil 2). Bu 1000 km2’lik bir alana yayılmış saf su tanklarından oluşan dizge, bir atmosferik floresans dedektörünce tetiklenmekte ve denetlenmektedir. Sistem, atmosfere giren çok çok yüksek enerjili kozmik ışınlar veya gama ışınlarınca oluşturulan devasa parçacık yağmurları (giant air showers) ile ilgili parametreleri (geliş yönleri, parçacık içerikleri, toplam enerjileri vs) kaydetme ve belirleme yeteneğine sahiptir. AugerKuzey’in yapılması Avrupa Parçacık Astrofiziği Yol Haritası Komitesi ApPEC tarafından gündeme ve listeye alınmış durumdadır. Bunlar yanında şu çok yüksek enerji deneyleri de söz konusudur: (i, ii), her iki yarıkürede, trilyonelektronvolt (TeV) gama ışınlarını kaydedecek, CTAGüney ve CTAGüney adı verilen 2 Çerenkov Teleskopu Dizgesi (Cherenkov Telescope Array). Yine çok yüksek enerjili nötrinoları hedefleyen: (iii) Orta Asya’daki Baykal Gölü’nün temiz ve berrak sularını kul lanma amacındaki NT200 deneyi ve (iv) Antaktika’da tam Güney Kutbu’nda konuşlu AMANDA vardır. (AMANDA ve bunun devamı olarak düşünülen BuzKüpü (IceCube) deneylerinde (Şeklil 3, 4) zaten oldukça yoğun bir Avrupalı bilimciler grubu çalışmaktadır). (v) Tüm bunlardan çok daha gelişmiş, Akdeniz’in geniş bir bölgesindeki sularını kullanacak şekilde konuşlandırılacak kilometreküp boyutlarında bir sistem için yapılan planlar ise 2011’den başlayarak inşaat evresine geçilmesini öngörmektedir. 19701980 yılları arasında ODTÜ Fizik Bölümü’nde Prof. Hakkı Ögelman tarafından kurulan ve ona yardımcı olarak, Ümit Kızıloğlu, M.ehmet E.Özel ve Mehmet Aydoğdu tarafından, MSc ve PhD tezleri amaçlı olarak işletilen, önce 3Tüplü ve daha sonra gelişkin ve 7tüplü Atmosferik Floresans Algılayıcıları (AFA) sistemleri, yukarıda adı geçen AugerGüney sistemince (Şekil 2) kullanılan tekniği çok daha önce başarı ile kullanmış ve ilke olarak, atmosferik floresans tekniğinin geçerliliğini ve işleyişini ilk kez göstermişlerdi. Bu grubun o zamanki hedefi, süpernovalardan beklenen çok yüksek enerjili ve kısa süreli (milisaniye) gama ışını atılımlarının atmosferimizde yaratacağı floresans ışımasını ve bunların (ve diğer kozmik ışınların) yeryüzünde neden olacakları muon ve elektron ağırlıklı parçacık yağmurlarını (air showers) birlikte kaydetmekti. Bu çalışmalar sırasında, yeni, jeofizik kökenli bazı optik ışımalar keşfedilmiş, yine o zamanlar pek bilinmeyen yüksekenerji/kısazaman astronomisinde bir ilk olmak üzere bir süpernova patlamasının yarattığı atmosferik floresans ışıması gözlenmişti. Bu son olayda, NGC5253 gökadasında gözlenen ve 8. kadire ulaşan parlaklığı ile son yüzyıldaki Samanyolu dışı süpernovaların en parlağı olma rekorunu halen elinde tutan Mayıs 1972 süpernova olayının neden olduğu kısa süreli yüksek enerjili foton atılımına (muhtemelen de hemzaman bir Gama Işın Patlaması’na veya onun ardıl ışımasına) ait izler gözlenmişti (3) Yine bu gruptaki çalışmalarla bu konuda bazıları ilk olan başka yayınlar gerçekleştirilmiş ve bir dizi tez tamamlanmıştı(4). ulaşılan heyecan verici sonuçların alınmasında nasıl etkili olduysa bundan sonrası için de benzeri planların şart olduğu düşünülmekte; daha yüksek duyarlılıklara ulaşmak için olsun, daha düşük maliyetler için olsun, küçük boy ARGE çalışmalarının da önemli fonlarla desteklenmesi istenmektedir. Bu çalışmalara ülkemizden katılımların da olması beklenmelidir. Şekil 2: Çok yüksek enerjili bir parçacığın veya gama ışınının kaydedilmesi için düşünülen çalışma ve algılama ilkesi, Auger deneylerinde ve ODTÜ Atmosferik Floresns Algılama Sistemi’nde uygulanmıştır. Çok yüksek enerjili (kırmızı ok) bir kozmik ışın parçacığı (Gama Işını da olabilir), havadaki bir atomla çarpışarak (soldaki daire şeklindeki açılım), ilerledikçe artan sayıda parçacığa kaynaklık ederek, bir parçacık yağmuru (airshower) oluşturmaktadır. Bu ikincil parçacıklar, bir yandan atmosferdeki azot atomlarını uyararak, 3914 A’da bir ışıma oluşmasını sağlarlarken, parçacıklardan, ışığın atmosferdeki hızından daha yüksek hıza sahip olanlar, görünür bölgede kısa süreli bir Çerenkov ışıması yaratmakta, bu ışımalar, optik fototüpler veya diğer algılayıcılar tarafından kaydedilmektedir. Bu ışıma görülür görülmez, parçacık dedektörleri (yeryüzeyindeki silindir şekiller) uyandırılarak, km’lerle ölçülecek çok geniş alanlara dağılan parçacık yağmuruna ait çeşitli parametreler (parçacık enerjisi, yoğunluğu vs.) kaydedilmektedir. Daha sonra bu olay bilgisayarda tekrar yaratılarak birincil parçacığın enerjisi ve yönü belirlenebilmektedir. (Ankara ODTÜ’deki Atmosferik Floresans Algılayıcısı olarak kullandığımız sistem bunun küçük bir benzeriydi. Floresans teleskopu olarak geniş görüş alanlı ve farklı yönlere bakan 3 fototüplü daha basit ve sabit bir sistem vardı. Su tankları yerine, (2x1x0.20m. boyutlarında ışıma için sudan daha etkin bir kimyasal içeren) bir tek tank bulunuyordu. Herhangi bir atmosferik ışıma sonucu AFA sistemi tetiklendiğinde, tankın içinden geçen parçacıkların sıvıda yarattığı Çerenkov ışımaları, tankı tepeden gözleyen bir fototüple kaydediliyordu. Tüm sinyallerin zaman değişimi bir osiloskop ekranına yansıtılıyor ve tetiklemenin zamanı ile birlikte (1 ms doğrulukla) ekranın fotoğrafı çekilerek sinyal kaydediliyordu!) V. Büyük Resimde Neler Var? Tablo 1, maliyeti 50M€’dan daha yüksek Avrupa katılımlı temel etkinlikler için ApPEC 20102015 yılları arası önerisini vermektedir. Aynı komite, fonların %20’sinin, küçük ölçekli ARGE’lerle, Avrupalıların diğer ülkelerin deneylerine katılma imkânları sağlamasını öngörmektedir. Teknolojik gelişme ve yenilikler, son dönemde Referanslar: C. Spiering, 2007, Messenger, 129, 33. Sadoulet, B., 2007, Science, 315, 61. H.Ögelman ve M.E.Özel, 1972, Proceedings of First European Astronomical Meeting, Atina, cilt 3, sayfa 229). ODTÜ Parçacık Astrofiziği o zamanki adıyla ‘YüksekEnerjiKısa Zaman Astrofiziği’ grubunda senior öğretim üyesi olarak, Prof Ögelman yanında,Doç Dr Tümay Tümer ve post doc olarak çalışan Dr Ed Utiger, Dr Andrew Fisher ve Dr Jean Swank vd. vardı. Doktoralarını aldıktan sonra gruba Dr M E Özel ve Dr Ü Kızıloğlu da katıldılar. Grupta ODTÜ Fizik Böl çatısı altında gerçekleştirilen tezler arasında şunlar sayılabilir: M.E. Özel, 1972, MSc Thesis; Ü. Kızıloğlu, 1972, MSc Thesis; M. Aydoğdu, 1974, MSc Thesis; M.E.Özel, 1978, PhD Thesis; Ü.Kızıloğlu, 1979, PhD Thesis; İ.Yeğingil, 1980, PhD Thesis; A.Ecevit, 1981, PhD Thesis; R.Çelikel, 1981, MSc Thesis; M. Alev, 1982, M Sc Thesis; vd) CBT 1199 / 14 12 Mart 2010