Yüzyılın çarpışması hangi aşamada?
Protonların ilk kez LHC halkasında döndürülmesi gerçekleştirilmiş, ancak teknolojinin sınırlarını zorlayan bu büyük girişim 19 Eylül 2008 günü meydana gelen bir teknik arıza nedeniyle durdurulmuştu.
Bu arıza, çeşitli spekülasyonlara karşın, teknik bir arızaydı. LHC halkasını oluşturan süperiletken mıknatısların bir bağlantı noktasında oluşan bir direnç, süperiletken sistemin soğutmasında kullanılan sıvı helyumun önemli bir kısmının sızmasına ve 53 mıknatısın hasarına yol açmıştı.
Makinenin mıknatıs aksamı, hızlandırıcıların en önemli kısmıdır. Böylesine büyük bir teknolojik projenin başına böyle bir arızanın gelmiş olması bilim çevrelerini çok şaşırtmış, ancak CERN yetkilileri çok zaman kaybetmeden bu arızanın onarılması için yoğun bir çalışma programı yaptı. 2009 ilkbahar sonuna doğru onarılan son mıknatısların halkaya yerleştirilmesi ile tüm halka tekrar soğutulmaya başlandı, bu işlem de tamamlanınca 20 Kasım 2009 gecesi LHC halkasında protonlar her iki yönde de döndürüldü.
Bu yeni LHC operasyonu, detaylı kontrol ve tüm aşamalarda çok sıkı denetim ile tasarlanan çalışma şartlarına ulaşmak amacını hedefledi. Öncelikle, hızlandırmanın ilk aşamasının gerçekleştirildiği Süper Proton Sinkotron (SPS) hızlandırıcısında 0.45 TeV enerjiye ulaştırılan bir proton demeti 27 km’lik LHC halkasına oturtuldu ve demetler kısa süreler için LHC halkasında döndürüldü.
Işık hızının %99,99'u
Durgun kütlesi yaklaşık 1 GeV* (0.001 TeV) olan protonlar, bu enerjilerde ışık hızının yüzde 99.99975’i kadar hızla hareket ederler. Bu, proton gibi çok küçük parçacıklar için muazzam bir enerjidir. Parçacıkların yörünge içindeki hareketleri kontrol edildi. Daha sonra parçacık demetleri daha uzun sürelerde halka içinde tutuldu ve halka içine iki yönden de parçacıklar püskürtülmeye başlandı. Bu aşamada 27 km’lik LHC halkasındaki deney noktalarında, bu demetlerinin çarpıştırılması çalışmalarına gelinmişti. İlk operasyondan sonra birkaç gün içinde bu aşamaya ulaşıldı ve parçacıklar kütle merkezinde 0.9 TeV (0.45 TeV + 0.45 TeV) enerjide çarpıştırıldı.
Saç telinden daha ince boyutlara sıkıştırılan parçacık demetleri çarpışma noktalarında algılayıcıların (detektörlerin) de tespit ettiği gibi çarpıştırılınca maddenin temel yapısının görüntüleri de ortaya çıkmaya başladı. Ancak LHC halkasında meydana gelen bu çarpışma enerjileri daha önceki hızlandırıcılarda ulaşılmış enerjilerdi. Örneğin Amerika’daki Fermilab’da Tevatron hızlandırıcısı yaklaşık 6.3 km’lik halkasında uzun yıllardır kütle merkezinde 1.96 TeV enerjilerde proton çarpışmaları gerçekleştiriyor ve bunları kaydediyor ve çok önemli bilimsel çalışmalara imza atıyordu.
LHC’nin kasım ayı sonlarında başladığı ilk operasyonun ikinci aşaması döndürülen demet sayılarının arttırılması, proton demetlerinin içindeki proton sayılarının arttırılması ve enerjilerinin LHC halkasına 0.45 TeV ile giren proton demetlerinin enerjilerini en azından Tevatron enerjilerine ulaştırmak ve hatta geçerek bu alanda bir dünya rekoru kırmak olacaktı.
Bu aşamalarda parçacık demetlerinin sayıları artırılabildi, karşılıklı 16’şar demetin halkada dönüşü gerçekleşti. Burada tasarımında bu sayının 2808’e ulaşmasının önerildiğini hatırlatalım. Aynı zamanda yine tasarımda 100 milyar protonun bir demete sıkıştırılmasının amaçlandığı bu hızlandırma işleminde bunun 10’da biri düzeylerine ulaşıldı. Son olarak protonların enerjileri LHC halkasında 1.18 TeV enerjiye ulaştırılıp protonlar hızlandırıcıda karşı karşıya çarpıştırıldı. Bu da CERN tarihine bir dünya rekoru olarak geçti. Kütle merkezinde 2.36 TeV’a ulaşan LHC bu şekilde Amerika’daki Tevatron hızlandırıcısının yıllardır 1.96 TeV’de sürdürdüğü liderliğine son verdi.
Aralık 2009’un ilk iki haftasında bu hızlı gelişmeler bütün bilim camiasında büyük yankı uyandırdı ve önemli sayılacak miktarlarda veri toplanması mümkün oldu. Çeşitli performans analizleri yanında, LHC’nin bu ilk operasyon şartlarında birçok fizik olayı tespit edildi, ölçüldü ve temel parçacık fiziği modelimizin öngördüğü çeşitli parçacıkların varlığı gösterildi. Bu çalışmalar arasında seçilen bazı analizler yayına hazırlandı.
16 Aralık akşamı LHC, 2010 Şubat’a kadar, bakım ve tasarlanan çarpıştırma şartlarına makineyi hazırlamak için kapatıldı. 2010’un ilk aylarında LHC protonların 3.5 TeV enerjilere ulaşmasını hedefliyor ve kütle merkezinde ulaşılacak 7 TeV enerjilerle gözlenecek olaylarla planlandığı şekilde fizik programını uygulamaya başlayacak. Bu enerji hâlâ tasarım enerjisi olmasa da, LHC’nin 1 ay içinde çok başarılı bir başlangıç yapması ile gelecek yıllar içinde kütle merkezinde 14 TeV enerjilere ulaşılacağından kimse kuşku duymuyor.
LHC projesi 20 yıla yakın bir süredir hazırlık aşamasında. Uzun yıllardır LHC’de beklenen fizik üzerine yapılan çalışmalar bilgisayar ortamında modellemeler ile yapılabiliyordu. Bu projede çalışan genç nesil fizikçilerin gerçek çarpışmalardan meydana gelen olaylar üzerine çalışmak ve fizik analizlerini yapmak için yoğun bir açlık duyuyorlar. Bu beklenti CERN’de çalışan çoğu genç LHC fizikçisinin gündeminde. LHC deneylerinde yapılacak fizik için beklentilerin derecesi bu açıdan da çok yükseklerde.
CERN’deki toplantı ve sunumlarda gençlerin heyecanı gerçekten görmeye değer. Hatırlatmak gerekirse bu büyük teknolojik ve bilimsel projenin tek amacı bilmek içgüdüsüdür. Hatta sonuca ulaşmaktan ziyade bu süreç yani araştırmak, her aşamada daha çok öğrenmek LHC fiziğinde alınacak çok önemli bir hazdır. Hele modellerin beklentilerine de erişilebilirliğini düşünürsek, LHC deneyleri bu yüzyıla geçtiğimiz yüzyılın başlarından ortalarına kadar damgasını vuran fizikteki gelişmelerin yeni aşamalarına ulaşmak için çok ümit vaat eden muhteşem projelerdir.
Önümüzdeki yıl ilk neticelerin alınmaya başlayacağı ve belki de bugüne kadar deneysel olarak göremediğimiz Higgs parçacıklarını, supersimetrik parçacıkları göreceğiz, karanlık maddenin ne olduğunu daha iyi anlayacağız. En azından 10 yıl süreceği tahmin edilen bu deneyler ve yapılacak ölçüm ve çıkacak sonuçlar ile hiç şüphe yok ki maddeyi ve doğayı inceleme ve anlama yolunda çok önemli yerlere gelmiş olacağız.
CERN ve Türkiye
CERN Konseyi aralıktaki son toplantısında CERN’in coğrafi genişlemesi konusunu da görüştü. Türkiye 2009'da, Sırbistan, Güney Kıbrıs, Slovenya ve İsrail ile birlikte CERN’e tam üye olmak için başvurdu. CERN Konseyi bu başvuruları incelemek için bir çalışma grubu kurdu. LHC’deki çalışmalara 100’e yakın sayıda Türkiye’deki üniversite gruplarından katılan öğrenci ve araştırmacılar ve yurtdışındaki üniversite ve araştırma gruplarına bağlı olarak çalışan Türk öğrenci ve araştırmacılar da katılıyor.
Türkiye’nin üyeliğe hazırlanması konusu bu aşamalardan sonra daha da önem kazanacak. İlgili çeşitli disiplinlerde, temel bilimlerden mühendislik bilimlerine, nitelikli eleman yetiştirilmesi, altyapıların kurulup geliştirilmesi, sanayimiz içinde farkındalılık yaratılıp sanayi- CERN ilişkilerinin kurulması gündemde olmalıdır. Bir araştırma enstitüsü yapısı içinde birleşilebilmesi bir öneri olabilir. Aynı zamanda CERN ve ilgili çalışmalarda bulunan bilim adamlarından oluşacak bir üst kurul ile CERN üyeliği için bu süreçte, halen CERN ilişkilerini düzenleyen ve uygulayan devlet kuruluşumuz TAEK’in yanında TÜBİTAK, TÜBA ve YÖK ile de ortak çalışılması kanımca gerekli ve önemli olacaktır.
LHC ve Deneylerinden bazı sayılar:
• Protonlar ışık hızının yüzde 99.99’u ile 27 km LHC halkasını saniyede 11245 kere dolaşacaklar
• Saniyede yaklaşık 600 milyon proton çarpışması gerçekleşecek
• LHC makinasının sıcaklığı 1.9 Kelvin (-271.3 C)’dir
• Dipole mıknatıs sayısı 1232’dir
• 7 TeV’de mıknatıslardaki manyetik alan 8.33 Tesla’dır
• CMS detektörünün ağırlığı 13000 tondur. Eyfel kulesinden neredeyse %30 daha ağırdır
• ATLAS deneyinde kullanılan kablo uzunluğu 3000 km’dir
• Deneylerde saniyede 1Tb veri toplanacak. Bu da 10000 Brittannica ansiklopedisindeki toplam veriye karşılık geliyor
• LHC’de önümüzdeki 10 yılda toplanacak veri miktarı insanoğlunun yeryüzünde varoluşundan beri konuştuğu kelime sayısına karşılık gelecek
• LHC ve detektörlerin toplam maliyeti 5 milyar İsviçe Frangıdır
• LHC’de çalışan toplam fizikçi sayısı 5000’in üstündedir.
Protonların ilk kez LHC halkasında döndürülmesi gerçekleştirilmiş, ancak teknolojinin sınırlarını zorlayan bu büyük girişim 19 Eylül 2008 günü meydana gelen bir teknik arıza nedeniyle durdurulmuştu.
Bu arıza, çeşitli spekülasyonlara karşın, teknik bir arızaydı. LHC halkasını oluşturan süperiletken mıknatısların bir bağlantı noktasında oluşan bir direnç, süperiletken sistemin soğutmasında kullanılan sıvı helyumun önemli bir kısmının sızmasına ve 53 mıknatısın hasarına yol açmıştı.
Makinenin mıknatıs aksamı, hızlandırıcıların en önemli kısmıdır. Böylesine büyük bir teknolojik projenin başına böyle bir arızanın gelmiş olması bilim çevrelerini çok şaşırtmış, ancak CERN yetkilileri çok zaman kaybetmeden bu arızanın onarılması için yoğun bir çalışma programı yaptı. 2009 ilkbahar sonuna doğru onarılan son mıknatısların halkaya yerleştirilmesi ile tüm halka tekrar soğutulmaya başlandı, bu işlem de tamamlanınca 20 Kasım 2009 gecesi LHC halkasında protonlar her iki yönde de döndürüldü.
Bu yeni LHC operasyonu, detaylı kontrol ve tüm aşamalarda çok sıkı denetim ile tasarlanan çalışma şartlarına ulaşmak amacını hedefledi. Öncelikle, hızlandırmanın ilk aşamasının gerçekleştirildiği Süper Proton Sinkotron (SPS) hızlandırıcısında 0.45 TeV enerjiye ulaştırılan bir proton demeti 27 km’lik LHC halkasına oturtuldu ve demetler kısa süreler için LHC halkasında döndürüldü.
Işık hızının %99,99'u
Durgun kütlesi yaklaşık 1 GeV* (0.001 TeV) olan protonlar, bu enerjilerde ışık hızının yüzde 99.99975’i kadar hızla hareket ederler. Bu, proton gibi çok küçük parçacıklar için muazzam bir enerjidir. Parçacıkların yörünge içindeki hareketleri kontrol edildi. Daha sonra parçacık demetleri daha uzun sürelerde halka içinde tutuldu ve halka içine iki yönden de parçacıklar püskürtülmeye başlandı. Bu aşamada 27 km’lik LHC halkasındaki deney noktalarında, bu demetlerinin çarpıştırılması çalışmalarına gelinmişti. İlk operasyondan sonra birkaç gün içinde bu aşamaya ulaşıldı ve parçacıklar kütle merkezinde 0.9 TeV (0.45 TeV + 0.45 TeV) enerjide çarpıştırıldı.
Saç telinden daha ince boyutlara sıkıştırılan parçacık demetleri çarpışma noktalarında algılayıcıların (detektörlerin) de tespit ettiği gibi çarpıştırılınca maddenin temel yapısının görüntüleri de ortaya çıkmaya başladı. Ancak LHC halkasında meydana gelen bu çarpışma enerjileri daha önceki hızlandırıcılarda ulaşılmış enerjilerdi. Örneğin Amerika’daki Fermilab’da Tevatron hızlandırıcısı yaklaşık 6.3 km’lik halkasında uzun yıllardır kütle merkezinde 1.96 TeV enerjilerde proton çarpışmaları gerçekleştiriyor ve bunları kaydediyor ve çok önemli bilimsel çalışmalara imza atıyordu.
LHC’nin kasım ayı sonlarında başladığı ilk operasyonun ikinci aşaması döndürülen demet sayılarının arttırılması, proton demetlerinin içindeki proton sayılarının arttırılması ve enerjilerinin LHC halkasına 0.45 TeV ile giren proton demetlerinin enerjilerini en azından Tevatron enerjilerine ulaştırmak ve hatta geçerek bu alanda bir dünya rekoru kırmak olacaktı.
Bu aşamalarda parçacık demetlerinin sayıları artırılabildi, karşılıklı 16’şar demetin halkada dönüşü gerçekleşti. Burada tasarımında bu sayının 2808’e ulaşmasının önerildiğini hatırlatalım. Aynı zamanda yine tasarımda 100 milyar protonun bir demete sıkıştırılmasının amaçlandığı bu hızlandırma işleminde bunun 10’da biri düzeylerine ulaşıldı. Son olarak protonların enerjileri LHC halkasında 1.18 TeV enerjiye ulaştırılıp protonlar hızlandırıcıda karşı karşıya çarpıştırıldı. Bu da CERN tarihine bir dünya rekoru olarak geçti. Kütle merkezinde 2.36 TeV’a ulaşan LHC bu şekilde Amerika’daki Tevatron hızlandırıcısının yıllardır 1.96 TeV’de sürdürdüğü liderliğine son verdi.
Aralık 2009’un ilk iki haftasında bu hızlı gelişmeler bütün bilim camiasında büyük yankı uyandırdı ve önemli sayılacak miktarlarda veri toplanması mümkün oldu. Çeşitli performans analizleri yanında, LHC’nin bu ilk operasyon şartlarında birçok fizik olayı tespit edildi, ölçüldü ve temel parçacık fiziği modelimizin öngördüğü çeşitli parçacıkların varlığı gösterildi. Bu çalışmalar arasında seçilen bazı analizler yayına hazırlandı.
16 Aralık akşamı LHC, 2010 Şubat’a kadar, bakım ve tasarlanan çarpıştırma şartlarına makineyi hazırlamak için kapatıldı. 2010’un ilk aylarında LHC protonların 3.5 TeV enerjilere ulaşmasını hedefliyor ve kütle merkezinde ulaşılacak 7 TeV enerjilerle gözlenecek olaylarla planlandığı şekilde fizik programını uygulamaya başlayacak. Bu enerji hâlâ tasarım enerjisi olmasa da, LHC’nin 1 ay içinde çok başarılı bir başlangıç yapması ile gelecek yıllar içinde kütle merkezinde 14 TeV enerjilere ulaşılacağından kimse kuşku duymuyor.
LHC projesi 20 yıla yakın bir süredir hazırlık aşamasında. Uzun yıllardır LHC’de beklenen fizik üzerine yapılan çalışmalar bilgisayar ortamında modellemeler ile yapılabiliyordu. Bu projede çalışan genç nesil fizikçilerin gerçek çarpışmalardan meydana gelen olaylar üzerine çalışmak ve fizik analizlerini yapmak için yoğun bir açlık duyuyorlar. Bu beklenti CERN’de çalışan çoğu genç LHC fizikçisinin gündeminde. LHC deneylerinde yapılacak fizik için beklentilerin derecesi bu açıdan da çok yükseklerde.
CERN’deki toplantı ve sunumlarda gençlerin heyecanı gerçekten görmeye değer. Hatırlatmak gerekirse bu büyük teknolojik ve bilimsel projenin tek amacı bilmek içgüdüsüdür. Hatta sonuca ulaşmaktan ziyade bu süreç yani araştırmak, her aşamada daha çok öğrenmek LHC fiziğinde alınacak çok önemli bir hazdır. Hele modellerin beklentilerine de erişilebilirliğini düşünürsek, LHC deneyleri bu yüzyıla geçtiğimiz yüzyılın başlarından ortalarına kadar damgasını vuran fizikteki gelişmelerin yeni aşamalarına ulaşmak için çok ümit vaat eden muhteşem projelerdir.
Önümüzdeki yıl ilk neticelerin alınmaya başlayacağı ve belki de bugüne kadar deneysel olarak göremediğimiz Higgs parçacıklarını, supersimetrik parçacıkları göreceğiz, karanlık maddenin ne olduğunu daha iyi anlayacağız. En azından 10 yıl süreceği tahmin edilen bu deneyler ve yapılacak ölçüm ve çıkacak sonuçlar ile hiç şüphe yok ki maddeyi ve doğayı inceleme ve anlama yolunda çok önemli yerlere gelmiş olacağız.
CERN ve Türkiye
CERN Konseyi aralıktaki son toplantısında CERN’in coğrafi genişlemesi konusunu da görüştü. Türkiye 2009'da, Sırbistan, Güney Kıbrıs, Slovenya ve İsrail ile birlikte CERN’e tam üye olmak için başvurdu. CERN Konseyi bu başvuruları incelemek için bir çalışma grubu kurdu. LHC’deki çalışmalara 100’e yakın sayıda Türkiye’deki üniversite gruplarından katılan öğrenci ve araştırmacılar ve yurtdışındaki üniversite ve araştırma gruplarına bağlı olarak çalışan Türk öğrenci ve araştırmacılar da katılıyor.
Türkiye’nin üyeliğe hazırlanması konusu bu aşamalardan sonra daha da önem kazanacak. İlgili çeşitli disiplinlerde, temel bilimlerden mühendislik bilimlerine, nitelikli eleman yetiştirilmesi, altyapıların kurulup geliştirilmesi, sanayimiz içinde farkındalılık yaratılıp sanayi- CERN ilişkilerinin kurulması gündemde olmalıdır. Bir araştırma enstitüsü yapısı içinde birleşilebilmesi bir öneri olabilir. Aynı zamanda CERN ve ilgili çalışmalarda bulunan bilim adamlarından oluşacak bir üst kurul ile CERN üyeliği için bu süreçte, halen CERN ilişkilerini düzenleyen ve uygulayan devlet kuruluşumuz TAEK’in yanında TÜBİTAK, TÜBA ve YÖK ile de ortak çalışılması kanımca gerekli ve önemli olacaktır.
LHC ve Deneylerinden bazı sayılar:
• Protonlar ışık hızının yüzde 99.99’u ile 27 km LHC halkasını saniyede 11245 kere dolaşacaklar
• Saniyede yaklaşık 600 milyon proton çarpışması gerçekleşecek
• LHC makinasının sıcaklığı 1.9 Kelvin (-271.3 C)’dir
• Dipole mıknatıs sayısı 1232’dir
• 7 TeV’de mıknatıslardaki manyetik alan 8.33 Tesla’dır
• CMS detektörünün ağırlığı 13000 tondur. Eyfel kulesinden neredeyse %30 daha ağırdır
• ATLAS deneyinde kullanılan kablo uzunluğu 3000 km’dir
• Deneylerde saniyede 1Tb veri toplanacak. Bu da 10000 Brittannica ansiklopedisindeki toplam veriye karşılık geliyor
• LHC’de önümüzdeki 10 yılda toplanacak veri miktarı insanoğlunun yeryüzünde varoluşundan beri konuştuğu kelime sayısına karşılık gelecek
• LHC ve detektörlerin toplam maliyeti 5 milyar İsviçe Frangıdır
• LHC’de çalışan toplam fizikçi sayısı 5000’in üstündedir.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder