Cern

CERNHızlandırıcılar bir bakıma, maddenin çekirdek yapısına doğru yöneltilmiş dev mikroskoplar gibidir En büyüklerinden birisi; Avrupa ülkelerinin, Fransa-İsviçre sınırında ortaklaşa inşa etmiş oldukları CERN ('Centre d'Europe pour Rescherches Nuclear') parçacık fiziği laboratuvarlarında bulunuyor Tesis, çeşitli doğrusal ve dairesel hızlandırıcılardan oluşuyor Yapımına 1950 yılında başlanmış, fakat zamanla, daha büyük ve güçlü hızlandırıcıların eklenmesiyle geliştirilmiş

Eski hızlandırıcılar hala, yenileriyle birlikte, ön hızlandırma amacıyla kullanılıyor Yandaki resimde tesisin havadan görünüşü, izleyen sayfadaki şekilde ise içerdiği çeşitli bileşenlerin şeması var Laboratuvarda elektron ve pozitron gibi görece hafif parçacıkların yanında, protonlar ve kurşun gibi ağır iyonlar da hızlandırılıyor Fakat en büyük hızlandırıcısı, daha çok elektron-pozitron yokedilişi deneylerinde kullanılmak amacıyla yapılmış Bunun için, ısıtılan bir metalin saldığı elektronlar, sağ alt köşedeki 'ön enjektör' sisteminin ('LPI, Lep Pre-Injector') doğrusal hızlandırıcısında ('LIL, Lep pre-Injector Linear accelerator') 200 MeV enerji düzeyine hızlandırılıyor LIL'in orta kısmında, bu elektronların bir kısmı saptırılıp, kalanı ağır bir metalle çarpıştırılmak suretiyle pozitronlar elde ediliyor Elde edilen pozitronlarla elektronlar, doğrusal hızlandırıcının sonraki aşamalarına yönlendirilip, 600 MeV'a kadar hızlandırılıyor Daha sonra bir süre için, ön enjektör sisteminin 'elektron pozitron aküsü'nde ('EPA, Electron Positron Accumulator') yörüngelere oturtulup, ters yönlerde dönmeye bırakılıyorlar Ki bu sırada daha fazla elektron ve pozitron üretilip biriktirilebilsin

Yeterince birikim sağlandığında, elektronlar ve pozitronlar, dairesel bir hızlandırıcı olan 'proton senkrotronu'na ('PS, Proton Synchrotron') gönderiliyor İki parçacık demeti; aynı tüpün içerisindeki, birbirinden yeterince uzak yörüngelerde ve zıt yönlerde döndürülerek, 35 GeV'a kadar hızlandırılıyor
Daha sonra, elektronlar TT70, pozitronlar da TT2 ve TT10 bağlantı hatları üzerinden, daha büyük bir dairesel hızlandırıcı olan 'süper proton senkrotronu'na ('SPS, Super Proton Synchrotron') yönlendiriliyor Parçacık demetleri burada 22 GeV'a hızlandırıldıktan sonra, en büyük dairesel hızlandırıcı olan 'büyük elektron pozitron' hızlandırıcı-çarpıştırıcısına ('LEP, Large Electron Positron collider') gönderiliyor İki demet burada 104 GeV'a kadar hızlandırılıp, nihayet çarpıştırılıyor Hızlandırma işlemi, yanda bir örneğinin resmi görülen 'süperiletken radyofrekans odaları'nda yapılıyor Böyle bir odada oluşturulan ve yüksek frekansla salınan elektrik alanı, içinden geçen parçacıkları hızlandırıyor

Örneğin elektron gibi yüklü bir parçacık, 1 V'luk gerilime eşdeğer bir elektrik alanı üzerinden ivmeledirildiğinde, 1eV'luk kinetik enerji kazanıyor ve GeV düzeylerine tırmanabilmesi için, toplam olarak milyarlarca voltluk gerilimden geçirilmesi gerekiyor Dolayısıyla, işlemin tamamı, ışın tüpü boyunca aralıklarla yerleştirilmiş bulunan, bir veya daha fazla radyofrekans odasında, kademeli olarak gerçekleştiriliyor Her aşamadaki salınımların frekansı, parçacıklara ek kinetik enerji kazandıracak şekilde ayarlanıyor Yandaki şekilde, tesisin ön enjeksiyon sisteminde görev yapan bir doğrusal hızlandırıcı kesiti görülüyor Bu kesit, protonları 50MeV'a kadar hızlandırabiliyor LEP hızlandırıcısında ise, 100GeV'ın üzerine çıkılabiliyor

LEP, CERN laboratuvarlarındaki en büyük elektron hızlandırıcısı Dairesel çevresi 27 km ve ışınlama tüpünün tamamı, yerin en az 100 m altında inşa edilmiş olan bir tünele yerleştirilmiş İçerisinde 3,368 mıknatıs ile 272 süperiletken ivmelendirme adımı var Deneyler sırasında bütün bu parçaların, -269 °C'ye kadar soğutulup bu sıcaklıkta tutulması gerekiyor

En dışta muon odasının, uzun ve düz aluminyum plakalar şeklindeki bazı bölmeleri görünüyor Onun altındaki, parlak görüntülü demirden tabaklar şeklindeki kalın halka, hadron kalorimetresi Hadron kalorimetresiyle ondan sonra gelen elektromanyetik kalorimetre arasında büyük bir süperiletken mıknatıs var Bu mıknatısların oluşturduğu manyetik alanlar, parçacıkları saptırarak momentumlarının ölçülmesini mümkün kılıyor İçe doğru ilerlerken art arda gelen bölme dizileri, aralarında boşluk kalmaması için, tam olarak üst üste getirilmeyip, kısmen çakıştırılmış

Aşağıda soldaki resimde, DELPHI dedektörünün ışın tüpüne en yakın konumda bulunan Vertex dedektörünün içi görülüyor Dış katmanın yarıçapı 10 cm kadar Merkezdeki dikdörtgen plakalar, silikondan yapılmış yarıiletken belirleyiciler Dedektörün 'zaman kestirimi bölmesi'nde, ('TPC, Time Projection Chamber'), 'sürüklenme odası' tekniği kullanılmış Dolayısıyla, parçacık konumları büyük bir duyarlılıkla belirlenebiliyor Sağdaki resimde ise, DELPHI'nin elektromanyetik kalorimetresinden bir modül görülüyor

LEP 1989-2000 yılları arasında çalıştıktan sonra, aynı tünelde; LHC ('Large Hadron Collider') adlı daha büyük bir hızlandırıcının yapılması için söküldü LHC, LEP'ten farklı olarak, proton demetlerini çarpıştıracak Bu sayede 14TeV'luk çarpışmalar mümkün olacak İnşaatı devam etmekte olan LHC'nin 2007 yılında tamamlanıp, çalıştırılmaya alınması bekleniyor Yandaki şekilde, LHC'de kullanılacak olan dipol mıknatısların modeli var Birincil parçacık demetleri LEP'te aynı tüp içerisinde hızlandırılırken, LHC'de ayrı tüpler içinde hızlandırılacak

Yeni LHC hızlandırıcısında, LEP'teki DELPHI'ye benzer iki büyük dedektöre ek olarak, iki özel dedektör daha bulunacak Bu son ikisinin adları ATLAS ve LHC ATLAS dedektörünün yapısı, DELPHI'ninkine benzer, fakat çok daha büyük Tamamlandığında yüksekliği 22, uzunluğu 44 m olacak Yandaki bu dedektörün yan kapakları ve silindir kısmının iç kesiti görülüyor Oranlı çizilmiş insan şekillerinden dedektörün büyüklüğünü kestirmek mümkün

Peki de: Bu dedektörlerde ne tür veriler toplanıyor ve bu veriler ne işe yarıyor?