Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Deneyi Fizik Kitaplarını Değiştirebilir

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Deneyi Fizik Kitaplarını Değiştirebilir

CERNdeki Büyük Hadron Çarpıştırıcısında varılan enerji düzeyleri, fizik kitaplarının yeni baştan yazılmasına yol açabilir






Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi CERNin kontrol odası, 30 Mart 2010 günü içerideki bilimci, mühendis, teknisyen ve medya temsilcilerinin sevinç çığlıklarıyla bir kez daha çınladı Dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider – LHC), ilk açılışını fiyaskoyla sonuçlandırılan arızanın 6 ay sürede giderilmesinin ve ihtiyatlı ön deneylerin verdiği güvenle, protonları rekor enerji düzeyinde çarpıştırmaya başladı

İsviçre-Fransa sınırında yerin 100 metre altındaki tünelde proton demetleri, süperiletken mıknatıslarca ters yönlerde (boşlukta saniyede 300000 km yol alan) ışığın hızının eşiğine (%99,999999una) kadar hızlandırıldıktan sonra kafa kafaya çarpıştırılmaya başlandı Bu çarpışmalarda ortaya çıkan enerji düzeylerinde, 13,7 milyar yıl önce evreni ortaya çıkaran Büyük Patlamadan sonraki ilk anlarda varolduğu düşünülen büyük kütleli parçacıkların kendilerini göstereceği umuluyor Bu parçacıkların, 50 yıldır evreni oluşturan maddenin en azından bir kısmını başarıyla açıklayan Standart Model adlı kuramın eksik kalan bölümlerini tamamlayacağı umuluyor

Bu parçacıkların başında, tüm öteki parçacıklara kütlelerini kazandırdığı düşünüldüğü için fizikçilerin şaka yollu “tanrı parçacığı” diye adlandırdıkları “Higgs bozonu” geliyor

LHCnin oluşturacağı enerjilerde ayrıca Standart Modele rakip süpersimetri adlı bir kuramın öngördüğü parçaların da ortaya çıkabileceği umuluyor Deneyin bir önemli hedefi de Einsteinın genel görelilik kuramının öngörülerine uygun olarak mikroskopik ölçekte karadeliklerin ortaya çıkıp çıkmayacağını gözlemek

LHCnin 10 Eylül 2009da ilk açılışından dokuz gün sonra, süperiletken mıknatıslar arasındaki elektrik bağlantılarının arızalanmasıyla meydana gelen soğutucu kaybıyla sonuçlanan arıza, CERN yetkililerini hedeflere ulaşmakta çok aceleci davranmama konusunda eğitmiş bulunuyor LHC, ters yönlerde hareket eden protonların her birini 7 trilyon elektronvolt (7 TeV) düzeyine kadar hızlandırıp 4 Ayrı devasa detektör içinde kafa kafaya gerçekleşen ender çarpışmalarda toplam 14 TeV enerji düzeyi elde etmek üzere tasarlanmış bulunuyor

Ancak, şimdiye kadarki aksaklıklardan ağzı yanan yetkililer, çarpışma enerjilerini 2011 yılının sonuna kadar maksimum kapasitenin yarısında, yani 7 TeV düzeyiyle sınırlı tutacaklar Hızlandırıcı, 2012 yılındaysa tümüyle kapatılarak, gerekli görülen teknik iyileştirmeler yapılacak ve 2013ten itibaren tam kapasiteyle çalışmaya başlayacak
Zaten, bu büyük makinenin devreye girmesinin ve fizikte vaadettiği yepyeni açılımların yarattığı heyecana rağmen, sonuçların incelenmesi ve açıklanması daha uzun yıllar alacak
O halde şimdilik yapabileceğimiz LHCnin detaylarına ve akla getirdiği sorulara daha yakından ve kısa başlıklar altında göz atmak

SAYILARLA LHC
Proton hızı: Işık hızının %99,9999991i
Her kümedeki proton sayısı: 100 milyara kadar
Her saniye biribiri içinden geçen küme sayısı: 4 istasyonda 31 milyon kadar
Kümelerin birbiri içinden her geçişinde çarpışma sayısı: 20ye kadar
Çarpışma başına veri: Yaklaşık 1,5 megabyte
Higgs Parçacığı Sayısı: Her 25 saniyede 1 (tavan parlaklık ve Higgs ile ilgili varsayımlar veri kabul edildiğinde)

NASIL ÇALIŞACAK?
LHCde süperiletkenlik kazanmaları için sıvı helyumla -271 santigrat dereceye kadar soğutulmuş 7000 mıknatıs, önce proton demetlerini ışık hızının eşiğine kadar getirip odaklayacak Bu demetlerin fizik dilinde “parlaklık” (luminosity) denen yoğunluğu, şimdiye kadar erişilebilmiş düzeyin 40 katı
Protonlar, hızlandırıcı halkasında yaklaşık 3000 küme halinde yol alacaklar Her biri yaklaşık 100 milyar proton içerecek olan kümeler, çarpışma noktalarına bir iğne boyutlarında ulaşacak: birkaç cm uzunluğunda ve ince bir insan saçı kalınlığında Halkanın değişik yerlerine kurulu 4 dev detektör içindeki çarpışma noktalarında saniyede 600 çarpışma olacak

“OLAYLAR” NASIL GÖZLENECEK?
LHCde her biri farklı hedeflere odaklı ATLAS, ALICE, CMS (Compact Muon Selenoid) ve LHCb adlı dört detektör bulunuyor Birer apartman boyutlarındaki bu detektörler, merkezlerinde iki protonun çarpışmasıyla oluşacak enerji topunda ortaya çıkacak binlerce parçacığı izleyip enerjilerine ve izledikleri yollara göre sınıflandıracak



VERİLER NASIL TOPLANACAK?
En büyük iki detektörün her biri 100 milyon veri kanalına sahip Bunların sağlayacağı veri saniyede 100000 CD dolduracak hacimde Bunların üst üste konulması durumunda boyunun alta ayda Aya ulaşacağı uzmanlarca belirtiliyor
Dolayısıyla incelenmeye değer çarpışmaları alelade olanlardan ayırt edebilmek için çok katmanlı bir veri süzme sistemi kurulmuş durumda Süzülmüş veriler, analiz edilmek üzere dünyanın her tarafından binlerce fizikçinin kişisel bilgisayarlarından oluşan bir ağa gönderiliyor