Katalog

PARÇACIK FİZİĞİ Fizikte ‘Büyük Çarpıştırma’da geri sayım CERN’de protonların çok yüksek enerjilerde çarpıştırılarak evrenin oluşumunun başlangıcı olarak kabul edilen Büyük Patlama’dan sonra saniyenin milyarda biri gibi çok kısa zaman aralığındaki şartların benzeri laboratuvar ortamında yaratılacak ve bu şekilde evrenin şu andaki durumunuyla işleyiş mekanizmaları anlaşılmaya çalışılacak. Mehmet T. Zeyrek, Prof., ODTÜ, [email protected] ile bilgi işleyen ve depolayan bir üst sistemdir. Grid kaynakları, yüksek enerji parçacık fiziği dışında tıp, biyoenformatik, nanoteknoloji ve meteorolojide de kullanılıyor. Protonların çok yüksek enerjilerde çarpıştırılması ile amaçlanan, evrenin oluşumunun başlangıcı olarak kabul edilen Büyük Patlama’dan sonra saniyenin milyarda biri gibi çok kısa zaman aralığındaki şartların benzerlerini laboratuvar ortamında yaratmak ve bu şekilde evrenin şu andaki durumunu ve işleyiş mekanizmalarını anlamaya çalışmaktır. Bu şartlar altına yeni parçacıkların ve oluşumların ortaya çıkması da bekleniyor. Bunlar arasında Higgs parçacığı, süpersimetrik parçacıklar, minyatür kara delikler, gravitonlar sayılabilir. Bu parçacıkların gözlenmesi ile evrenin işleyiş mekanizmalarını anlamak ve bir çok kuramsal çalışmanın geçerliliğini görmek ya da reddetmek mümkün olacaktır. Hızlandırıcılarda çok yüksek enerji ve çok yüksek yoğunlukta arlığımızın ve maddenin yapısını araştırma serüveni günümüzden yaklaşık 25003000 yıl önce eski Yunan filozofları ile başladı. Bu filozoflar gözlemlerine geleneksel mitolojik yaklaşımlara neden, nasıl soruları ekleyerek, gerçeği matematiksel bir yapıya oturtmayı da hedef aldılar. Empedocles, herşeyin toprak, hava, su ve ateşten oluştuğu kabulü ve aralarındaki ilişkileri anlamak ile işe başlarken, Democritus bölünemeyen anlamında atom fikrini öne sürdü, madde atom denen küçük yapılardan oluşuyor ise bunların dışında kalan her şey de boşluktur dedi. Çok daha sonraları, elektronun 1897’de gözlenmesi, atom yapısının 1911 yılında Rutherford tarafından gözlemlere dayanarak anlaşılması ve yüzyılın başında geliştirilen kuantum ve relativite teorileriyle, günümüzde maddeyi ve evreni anlama yolunda çok mesafe kaydedildi. Bu çalışmalarda maddenin temelini oluşturan birçok temel parçacık ve bunların etkileşimleri kuramsal ve deneysel olarak gösterildi. Geçen yüzyılın ortalarında modern atom yapısında, çekirdeğin de bir yapısı olduğunu, çekirdeği oluşturan proton ve nötron’un da ‘kuark’lardan Protonların çarpıştırıloluşan bir yapıya sahip masında yeni parçaolduğunu anladık. Temel parçacıkların cıkların ve oluşumların ve etkileşimlerinin inceortaya çıkması da beklenmesi kozmik ışınların leniyor: Higgs parçacıetkileşimlerini incelemekle başladı, 1930’lu ğı, süpersimetrik paryıllardan sonra ise yeni çacıklar, minyatür kara kullanılmaya başlayan delikler, gravitonlar... modern parçacık hızlandırıcılarında bu çalışmalar sürdürüldü. Bu serüven şimdi yaklaşık 20 yıl önce uluslararası bilim platformunda tasarlanan ve 2007 sonlarında çalışmaya başlayacak olan CERN’deki LHC (Large Hadron Collider=Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) deneylerinde, yükselen bir bilimsel heyecan ve arzu ile sürecek. İsviçreFransa sınırı üstünde, Cenevre’de CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) 12 Avrupa ülkesinin 1954 yılında kurduğu bir merkez. Şu anda 20 Avrupa ülkesi CERN’in üyesi. CERN’de temel araştırmaları, parçacık hızlandırıcıları dediğimiz makinalerde kurulan algılayıcılarda (dedektörlerde) yapılıyor. CERN’in gündemindeki en önemli proje, bu yılın sonlarında çalışmaya başlayacak yaklaşık 4 milyar dolar bütçeli LHC projesidir. CERN’deki deneyler büyük bütçeli ve çok fazla sayıda ülke, bilimadamı, öğrenci, mühendis ve teknisyenenin katıldığı mega bilim projeleridir. CERN’deki parçacık fiziği araştırmaları, bilim ve teknolojiye, dolayı ile insanlığın hizmetine çok değerli buluş ve kolaylıkları da sunuyor ve 50 yıldan fazla bir süredir Nobel ödülleri ile değerlendiriliyor. Bu teknolojik katkılar arasında World Wide Web’in keşfi, elektronik ve telekomünikasyon teknolojileri, V bilişim teknolojileri, yeni malzemeler, süperiletken mıknatıslar, nükleer tıp uygulamaları ve yeni enerji kaynaklarını sayabiliriz. SANİYEDE 40 MİLYON ÇARPIŞMA LHC çalıştığı zaman 7 TeV’lik (TeV=Tera elektron Volt, ya da trilyon elektron volt, 1 elektron Volt, eV, elektronun 1 voltluk potansiyel farkıyla yaratılmış elektrik alanı içinde hızlanmasından kazanacağı kinetik enerji miktarıdır.) yüksek enerjili proton hüzmeleri, her saniyede 40 milyon kez çarpışacaktır. Bu çarpışmalar yerin yaklaşık 100 m derinliğinde çevresi 27 km olan bir halkada gerçekleşecek. LHC’de protonlar halkanın etrafına yerleştirilmiş yaklaşık 10.000 superiletken mıknatıs tarafından yönlendirilecek ve zıt yönlerde dönen protonlar kütle referans sisteminde 14 TeV’de çarpışacaklar. Çarpışma noktalarındaki dev algılayıcılar (dedektör sistemleri) bu çarpışmaları izleyecek ve kaydedecek. Parçacık fiziği deneylerinde küçük kütleli oluşları ve yüksek enerjileri nedeniyle çok uzun mesafelere gidebilen parçacıklar gözlenmeye çalışılıyor. Bu parçacıklardan bazıları kalınlığı metrelerce olan çok yoğun malzemelerden, örneğin kurşundan boşlukta gidercesine geçebilmektedir. Dolayısı ile detektörler, yoğun malzemelerden çok büyük hacimlerde inşa ediliyor. Bu yolla bu parçacıklar durdurulabilir ve incelenebilirler. LHC deneyinde inşaatı tamamlanmakta olan deneylerden biri olan CMS (Compact Muon Solenoid) detektörü, 21 metre uzunluğunda 16 metre çapı olan silindirdir ve ağırlığı yaklaşık 12.500 tondur. Detektör, karmaşık ve hassas sistemlerin bir araya gelmesiyle oluştu; ağırlıkları 200 ila 2000 ton arasında değişen parçalar yerin 100 metre altına indirilerek birleştirilmektedir. Bu dev cihaz 37 ülkenin 155 kurumunun, yaklaşık 2000 bilim insanın büyük bir bilimsel ve teknolojik ortaklığı sonucunda üretiliyor. ki parçacık demetlerinin sıklıkla çarpışmaları sonucunda sürprizlerin de beklenmesi doğaldır. LHC makinasının en önemli ve bilim dünyasını heyecanlandıran tarafı da budur. VERİ TOPLAMA VE ÇÖZME Her çarpışma sonrası algılayıcılardan yılda yaklaşık 15 petabyte (1 petabyte=1. 000. 000. 000. 000. 000. bytes) kadar veri toplanacaktır. Dünyada bir yılda basılan tüm kitapların içerdigi veri bu miktarın 10.000 de biri düzeyinde hesaplanmaktadır. Bu büyük miktardaki verinin işlenme ve depolanma sorunu bu projenin üzerinde çok düşünülen bir konudur. Bunun çözümü Grid sistemlerinin kullanılmasından geçmektedir. Grid sistemi dünyanın çeşitli yerlerinde bulunan bilgiişlem birimlerinin bir araya getirilmesi STANDART MODEL Parçacık fiziğinde maddenin temel yapısını anlama yolunda geliştirilen, kuramsal ve gözlemlere dayanan birçok çalışma Standart Model adını verdiğimiz bir modelde birleştirildi. Tüm başarılarına karşın yine de bu modelin bazı temel sorulara yanıt veremediğini biliyoruz. Bunlardan en önemlisi maddenin temel yapıtaşlarının kütlelerinin nereden geldiği sorusudur. LHC’nin bu soruyu Standart Modelin öngördüğü şekilde yanıtlayacağı tüm camianin ortak görüşü. Bu yanıt Higgs adı verilmiş parçacığın gözlemiy CBT 1048 / 10 20 Nisan 2007