Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

Anti Maddenin Tarihçesi Karşıt maddenin tarihi Paul Dirac adlı genç bir fizikçinin matematiksel denkleminin garip çıkarımıyla başlar. 20. yüzyılın başlarında 2 önemli teori olan kuantum mekaniği ve görecelik teorileri fiziği temellerinden sarsıyordu. 1905 yılında Albert Einstein'ın meydana çıkardığı özel görecelik teorisi uzay-zaman ve kütle-enerji arasındaki ilişkiyi açıklıyordu. Bu sırada yapılan deneyler ışığın bazen dalga; bazen de küçük parçacık akımları halinde davrandığını gösteriyordu. Max Planck'ın önerdiği teoriye göre ışık dalgaları "kuanta" adı verilen küçük paketçikler halinde yayılıyordu, bu ışığın hem dalga hem parçacık halinde yayılması anlamına geliyordu. 1920'lerde fizikçiler atom ve bileşenlerine aynı kavramı uygulamaya çalışıyorlardı. 1920'lerin sonunda Erwin Schrodinger ve Werner Heisenberg yeni kuantum teorisini keşfettiler. Bundaki tek sorun teorinin görecelik teorisine uygulanabilir olmayışı yani sadece yavaş hızlardaki parçacıklar için geçerli olup ışık hızına yakın hareket edenler için sonuç vermemesiydi.

1928'de Paul Dirac problemi çözdü: elektron davranışını tanımlamak için özel göreliliği ve kuantum teorisini bir araya getiren bir denklem yazdı. Dirac denklemi, ona 1933 Nobel Ödülünü getirdi, aynı zamanda başka bir problem yarattı: x2=4 denkleminin 2 çözümü olduğu gibi (x= -2, x=2), Dirac denkleminin de biri pozitif enerjili diğeri negatif enerjili elektronlar için olmak üzere 2 çözümü vardı. Fakat klasik fiziğe ( ve sağduyuya) göre bir parçacığın enerjisi daima pozitif bir sayı olmalıydı! Dirac bunun, her parçacığın kendisiyle tıpatıp aynı ama yükü zıt olan bir karşıt-parçacığı olacağı anlamına geleceğini açıkladı. Mesela elektron için her yönüyle aynı ama pozitif yük içeren bir karşıt-elektron olmalıydı. Nobel konferansında karşıt maddeden oluşan tamamen yeni bir evrenin varlığını kurgulamıştı

Anti Madde Dört temel doğa kuvvetinden atom altı ölçeklerde etkileşen üçünü açıklayan Standart Model'e göre, bilinen tüm parçacıkların, aynı kütlede ama ters elektrik yükü taşıyan bir karşıtı vardır (ayna görüntüsü gibi). İşte bunlara karşı madde ya da anti madde diyoruz. Örneğin, - yüklü elektronun anti madde karşılığı, + yüklü pozitron; + yüklü protonun anti madde karşılığı, - yüklü anti proton vb. Maddeyle anti madde, yani bir parçacıkla kendi anti maddesi bir araya geldiğinde birbirlerini yok ederek enerji açığa çıkarırlar.

Anti Madde Günümüzde üç tip atomaltı parçacık tanınıyor: İlk grup leptonlar;bu gruba muonlar ve nötrinolar giriyor. İkinci grupta hadron, proton, nötron ve pionlar var. Üçüncü grup ise bozonlar; evrende temel kuvvetlerin aktarımını sağlayan küçük mesajcı atomaltı parçacıklar bu üçüncü grubu oluşturur. Örneğin fotonlar elektromanyetik kuvveti taşırken, yerçekimi kuvvetini gravitonların taşıdığı düşünülüyor. Fizikçiler her bir parçacığın görünmez bir ayna görüntüsü de olduğuna inanıyorlar; bu ayna görüntüsüne de antimadde adını vermişlerdir.

Anti Madde Anti maddenin özellikleri; Antimaddenin belirli özellikleri vardır Bunlar : 1- Evrenimizde antimadde ile karşılaşmak mümkün olmasa da laboratuvarlarda çok kısa bir süreliğine üretimi gerçekleşmektedir. Madde Evrenimizde barınamazlar. 2- Madde ile ters elektrik yüke sahiptir. 3- Zamanları ters akar. Zamanda geriye doğru hareket ettikleri için zaten üretildiklerinden kısa bir süre sonra gözden kaybolurlar! 4- Madde ile etkileşime geçtiğinde birbirlerini yok ederek tamamen enerjiye dönüşürler.

Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuarı (CERN) Merkezi, İsviçre ve Fransa sınırında yer alan ve Cenevre şehrine yakın olan CERN, dünyanın en büyük parçacık fiziği araştırma laboratuvarıdır. Yaklaşık 80 ülkeden 500 üniversiteyi temsil eden 6500 civarında ziyaretçi bilim insanı (dünyadaki parçacık fizikçilerinin yarısı) CERN'e gelerek kendi araştırmalarını gerçekleştirmektedir. Nobel ödüllerini de içeren önemli keşiflerin yapıldığı bir merkezdir.

Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuarı (CERN) CERN II. Dünya Savaşından sonra Avrupa'nın fizik alanında ABD'ye yetişebilmesi için 12 Avrupa ülkesinin (Belçika, Almanya, Fransa, Danimarka, Hollanda, İngiltere, İsveç, İsviçre, İtalya, Norveç, Yugoslavya, ve Yunanistan) işbirliği ile 1954 yılında kurulmuştur. Türkiye 1961'den bu yana gözlemci statüsünü sürdürmektedir. Gözlemci olan ülkelerin hak ve yetkileri, konseyin açık toplantılarına katılmak, bu toplantıların gündem ve dokümanlarını temin edebilmek, ve Başkan'ın daveti ile müzakerelere katılabilmektir. Gözlemci ülkenin oy hakkı yoktur.

Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuarı (CERN) CERN'in en büyük karar organı CERN konseyidir. Bu konsey üye ülkelerin ikişer temsilcisinden oluşur ve her üyenin eşit oy hakkı vardır. Konsey, CERN'in bilimsel makro planını oluşturur ve bu planın gerçekleşmesini izler. CERN'deki değişik hızlandırıcılarda yürütülecek projelerin seçilmesi ve izlenip değerlendirilmesi, her hızlandırıcı için ayrı ayrı oluşturulan program komiteleri tarafından gerçekleştirilir. Program komitelerinin seçtiği projeler, CERN direktörü, yardımcıları, program komitelerinin başkanları ve araştırma bölümlerinin başkanlarından oluşan Araştırma Kurulu'nda karara bağlanır. Avrupa'nın bu en başarılı megabilim projesine katılmak ve katkıda bulunmak bugün tüm dünya ülkeleri arasında bir prestij konusu olup, gelişmişliğin bir ölçüsü olarak görülmektedir.

Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuarı (CERN) CERN Laboratuvarlarının temeli hızlandırıcılar ve dedektörler üzerine kuruludur. CERN'deki ilk hızlandırıcı 1957 yılında kurulan 600 MeV'lik proton hızlandırıcısıdır . 1959'da devreye giren 28 GeV'lik proton hızlandırıcısı (PS) ise bugün bile kullanılmaktadır. 1976'da işletmeye alınan 450 GeV süper proton hızlandırıcısı (SPS) ise bir çok Nobel Kazanan çalışmalara olanak sağlamıştır. 1989-2000 yılları arasında elektron-pozitron çarpıştırıcısı (LEP) yaklaşık 100-200 GeV'de çalışmıştır. Şu anda onun yerine yeni proton-proton çarpıştırıcısı olan LHC (Large Hadron Collider) kurulmuş ve 2007 yılında çalışması beklenmektedir.

CERN ARAŞTIRMALARI CERN'de yürütülen araştırmaların esas amacı maddenin yapısını ve maddeyi bir arada tutan kuvvetleri anlamaktır. İnsanlığın asırlardır yürüttüğü maddenin yapısını anlamak amaçlı büyük çabanın arenası bugün parçacık hızlandırıcılarıdır. Parçacık hızlandırıcılarında en yüksek enerjilere ve çarpışma sayılarına erişmek, çarpışmalardan çıkan çok sayıdaki parçacığı algılayabilmek, mevcut teknolojinin sınırlarını zorlamaktadır. CERN, temel bilim araştırmalarının yanında, yarının teknolojilerini geliştirmekte çok önemli bir rol oynamaktadır.

CERN ARAŞTIRMALARI Süper iletken teknolojisinin CERN hızlandırıcıları sayesinde ilerlemesi, yeni temiz enerji kaynaklarının araştırılması, yeni reaktör sistemlerinin geliştirilmesi, bilgisayar teknolojisi, tıpta tedavi ve teşhis uygulamaları, yeni elementlerin bulunuşu en önde gelen araştırmalardır.

CERN'DEKİ BAZI ÇARPIŞTIRICILAR VE DEDEKTÖRLER

A)ÇARPIŞTIRICILAR LHC: CERN dünyadaki en büyük çarpıştırıcı olan Large Hadron Collider (LHC) - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, 2000 yılında faaliyeti sona eren Large Elektron-Positron (LEP) - Büyük elektron-pozitron çarpıştırırcısı yerine inşaa edilmiştir. Çevresi 27 km ve yer yüzeyinden 100 metre derinliktedir. LHC'de çok yoğun iki proton demeti 14 TeV'lik (14X10 12 eV) kütle merkezi enerjisinde çarpıştırılacaktır. En yeni süper iletken teknolojisini kullanarak mutlak sıfırın hemen üstünde -271 0 C'de çalışacaktır. Bu, dünyada erişilmiş en yüksek çarpışma enerjisi olacaktır, dolayısıyla maddenin şimdiye kadar erişilememiş derinliklerinden bilgi edinmeyi mümkün kılacaktır. Yüksek Enerji Fiziği araştırmalarında bir çığır açılacak, mevcut teorilerin aradığı bir çok sorunun cevabı buradan elde edilecektir.

LHC Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

B)DEDEKTÖRLER Dedektörler; hızlı parçacıklar çarpıştığında oluşan parçacıkları kaydeden, onbinlerce karmaşık parçadan ve elektronik devreden oluşan dev aygıtlardır.  LHC çarpıştırıcısı ATLAS, CMS, ALICE, LHC-B olmak üzere dört dedektöre sahiptir.

ATLAS: Evrenimizi oluşturan temel kuvvetleri ve maddenin tamel yapısını araştıracaktır. Boyut olarak en büyük LHC dedektörüdür. ATLAS kollaborasyonunda, 35 ülkeden 150 üniversite ve laboratuvardan katılan toplam 1800 fizikçi bulunmaktadır. Bu deneydeki çalışmalara Türkiye'den Ankara Üniversitesi, Boğaziçi Üniversitesi ve Gazi Üniversitesi katılmaktadır. CMS: Genel amaçlı bir dedektördür, manyetik alanı selonoid tarafından oluşturulur. Bazı fizik süreçlerinin iyi algılanabilmesi için özel tasarımı vardır. 37 ülkeden, yaklaşık 2000 Fizikçi ve Mühendis katılmakta, 155 Enstitü katkı vermektedir. Bu deneydeki çalışmalara Türkiye'den Boğaziçi Üniversitesi, Çukurova Üniversitesi ve Ortadoğu Teknik Üniversitesi projeler kapsamında katılmaktadır

LHC Dedektörleri

ATLAS dedektörü CMS dedektörü

Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar Yüksek enerji parçacık fiziği maddenin temelinde bulunan yapı taşlarını ve bunların birbirleri arasındaki etkileşimlerini inceleyen bilim dalıdır. Son yıllarda ileri teknoloji olanakları kullanan deneysel çalışmalar sayesinde maddenin yapısı hakkındaki bilgilerimiz hızla gelişmektedir. Parçacık fiziğinin araştırmaları kilometrelerce uzunluktaki parçacık hızlandırıcı laboratuarlarında yapılır. Parçacık hızlandırıcılarından yüklü parçacıklardan, çoğunlukla proton ve elektronlar, elektromanyetik alan içinde hızlandırılır ve yönlendirilir. Hızlandırılan parçacıklar ya sabit hedefler ile ya da birbirleri ile çarpıştırılır. Bu çarpışmalar sonucunda ortaya çıkan parçacıkların incelenmesi çeşitli detektör sistemleri ile gerçekleştirilir.

Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar 1950'li yıllardan başlayarak hızla gelişen hızlandırıcı ve detektör teknolojileri sayesinde çok yüksek enerjili çarpışmalar gerçekleştirmiş ve bu çarpışmaların gelişmiş detektör sistemlerinde incelenmesi ile maddenin temeli diyebildiğimiz proton ve nötronların kuark ismini verdiğimiz parçacıklardan oluşan bir alt yapısı olduğu anlaşılmıştır. Ulaşılan yüksek enerjilerde yapılan ölçümler protonun yarıçapının yüzde biri kadar olan uzaklıklarda maddenin yapısını araştırma olanağı sağlamıştır. Hızlandırıcı laboratuarları, kurulmaları ve çalıştırılmalarının çok masraflı oluşları nedeniyle dünyada sayılı birkaç merkezde de bulunmaktadır. En önemlileri Cern (Cenevre), DESY (Hamburg), Fermilab-FNAL (Chicago) ve SLC (California) olarak sayılabilir.