HIZLANDIRICI FİZİĞİNE GİRİŞ İlkay TÜRK ÇAKIR TAEK Sarayköy Nükleer Araştırma ve Eğitim Merkezi UKPHDY9 10 – 15 Eylül 2013

İÇERİK Farklı Boyutlu Nesneleri Nasıl Algılarız ? İlk ‘cyclotron’ Doğrusal ve dairesel hızlandırıcılar Dünyadaki Hızlandırıcı Laboratuvarları ve onların keşifleri Sonraki adım (ILC-CLIC) Çarpışma Çeşitleri Temel Hızlandırıcı Parametreleri Çarpıştırıcı Parametreleri

Farklı Boyutlu Nesneleri Nasıl Algılarız ?

Küçük Boyutlara Doğru Maddenin derinliklerine inmemiz için ihtiyacımız olan şey HIZLANDIRICI !!!

Hızlandırıcı Nedir?

Hızlandırıcılar Elektron, proton gibi yüklü parçacıkları elektrik alan kullanarak yüksek hızlara çıkaran ve manyetik alan kullanarak demet halinde bir arada tutan makinelere hızlandırıcı adı verilir. Yüksek enerjilerde hızlandırıcılar maddenin yapısını ve temel etkileşmeleri araştırmak için kullanılan araçlardır. Günümüzde kararlı parçacıkların hızlandırılması: protonlar ve elektronlar Genelde dairesel hızlandırıcılar  demetleri uzun süre kullanabilmek için PROTON: Halkada dipol magnetlerin bükme gücü ile sınırlanmaktadır. ELEKTRON: Sinkrotron ışınımı (=dairesel yolda enerji kayıpları) ile sınırlanmaktadır. LEPTONLAR: Gelecekte lineer hızlandırıcılar veya müon hızlandırıcılar

İlk Hızlandırıcı Ernest Lawrence, NP1939 E. Lawrence ve M.S.Livingston tarafından yapılan ilk siklotronun diyagramı, D ~13 cm çapındadır

HIZLANDIRICI KOMPLEKSİ

FERMILAB Proton-antiproton Alt Kuark (1977) Üst kuark (1995) Tau Nötrino (2000)

CERN (European Organization for Nuclear Research) CERN, İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra Avrupa’nın fizik alanında ABD’den geri kalmaması için 12 Avrupa ülkesinin işbirliği ile 1954 yılında kurulmuştur. CERN maddenin yapı-taşlarını ve onları bir arada tutan kuvvetleri araştırmak için bilim insanlarını bir araya getiren bir dev laboratuvardır. CERN bu insanlara çalışmaları için gerekli bütün araç-gereçleri sağlamaktadır. Bunlardan başlıcaları hızlandırıcılar (yüklü parçacıkları yaklaşık ışık hızına kadar hızlandırır) ve dedektörlerdir (parçacıkları algılar). CERN, fizikçiler, mühendisler, teknisyenler, uzmanlar, yöneticiler, sekreterler, işçiler...olmak üzere 3000 civarında kişiye çalışma ortamı sağlamaktadır. Bilimsel ve teknik personel laboratuvarın makine kısmının tasarımında ve kurulmasında görev almaktadır ve düzgün çalışmasını sağlamaktadır. CERN karmaşık bilimsel deneylerin hazırlanması, çalıştırılması, analiz edilmesi ve yorumlanmasına imkan sağlamaktadır. 6500 civarında ziyaretçi bilim insanı (Dünyadaki parçacık fizikçisi sayısının yarısı) CERN’e gelerek kendi araştırmalarını gerçekleştirmektedir. Bu kişiler 80 ülkeden 500 üniversiteyi temsil etmektedir.

CERN bilim adamlarının prestijli ödüller ve Nobel Ödülünü aldıkları bir çok önemli keşfe ev sahipliği yapmıştır. Bunlardan çok kullanışlı olan birisi World Wide Web (www)’dir. Bütün dünya üzerinde farklı üniversiteler ve enstitülerde çalışan fizikçiler arasında paylaşılan bilgiyi artırmak ve bunu hızlı bir şekilde yapmak için geliştirilmiştir. 1989, Tim Berners-Lee

DESY ((Deutsche Elektronen SYnchrotron) HERA (e-p) hızlandırıcısı çevresi 6.2 km. ve kısmen Hamburg şehrinin altındadır. HERA elektron demetleri ile proton demetlerini çarpıştırır. HERA’nın süperiletken magnetleri Tevatrondakine çok benzerdir.

SLAC (Stanford Linear Accelerator Center) SLAC (e+e-) doğrusal hızlandırıcı 4 km. uzunluğundadır. 50 GeV demet enerjisi vardır. Z rezonansından partonlar, charm kuark, tau lepton üretilir.

Çarpıştırıcılarda bugüne kadar ~8 TeV’e kadar olan enerji aralığı araştırıldı. • pp çarpıştırıcıları (CERN, Fermilab) • e-e+çarpıştırıcıları (SLC, LEP) • e-p çarpıştırıcıları (HERA) Sonraki adım: 14 TeV enerji ölçeği • p-p ( LHC) Hadron makinelerine TeV fiziği araştırmalarında tamamlayıcı olarak e-e+ doğrusal çarpıştırıcısı gerekecek

ILC Doğrusal çarpıştırıcıda, elektron-pozitron kafa kafaya ince yoğun demet halinde çarpışırlar Çarpıştırıcı toplam uzunluğu ~ 30 km 500 GeV km enerjiden 1 TeV’e çıkarılabilecek

CLIC Normal iletken, RF hızlandırma yapısı Gradient 100 MV/m RF frekansı 12 GHz İki demet hızlandırma prensibi, az maliyet ve yüksek verimlilik

Doğrusal Çarpıştırıcıların Avantajları Kompozit yapıda olmayan basit yapıda parçacıklar çarpıştırılır. Sinkrotron ışıması söz konusu olmadığından ulaşılabilecek maksimum güç ve ışınlık daha fazla olabilir. Parçacıkların farklı özelliklerini araştırmak (polarizasyon vs) için idealdir.

Hadron Çarpıstırıcıları (p, iyonlar) Protonlar ve kompozit parçacıklar Partonik düzeyde toplam kütle merkezi enerjisinin bir bölümünü kullanmak mümkündür. Lepton Çarpıştırıcıları Leptonlar temel parçacıklar Artalanı temiz deney ortamı sağlar, Başlangıç durumları iyi tanımlanmıştır. Momentumun korunumundan bozunma ürünlerinin analizi kolaydır Polarize demetler Ek seçenekler sunar: e-e-, eγ , γγ çarpışmaları

Çarpışma Çeşitleri

SABİT HEDEF DENEYLERİ Sabit hedef deneyleri bir parçacık demetinin, bir hedefin atomlarına çarptığında olup bitenleri araştırır. Bu konfigurasyonda, demet enerjisinin çoğu hedefin geri tepmesinde harcanır ve sadece küçük bir kısmı yeni bir parçacıkları üretmek için kullanır. Sabit hedef konfigurasyonunda, üretilen parçacıklar genellikle ileriye doğru hareket ederler, bu yüzden genellikle bu deneylerde koni biçimli dedektörler vardır ve demet hattının önüne yerleştirilir.

Anti Parçacık (pozitron) Üretimi

ÇARPIŞAN DEMET DENEYLERİ Zıt yönlerde hareket eden iki parçacık demetinin kafa kafaya çarpışmasını inceler. Bu konfigurasyonda, geri tepme enerjisi harcanmaz ve bütün enerji yeni parçacıkların üretimi için kullanılır. Bu tip olaylarda, yeni üretilen parçacıklar çarpışma noktasından bütün yönlerde ışıma yapar, bu nedenle dedektörler, küresel veya daha genel olarak silindir biçimlidir.

DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR

DAİRESEL HIZLANDIRICILAR

MANYETİK ALAN, ENERJİ VE YÖRÜNGE

Hızlandırıcı Terimlerinden Bazıları

Faz Uzayında Parçacıklar

Demet Boyutları

Çarpıştırıcı Parametreleri -1

Çarpıştırıcı Parametreleri -2

Çarpıştırıcı Parametreleri -3

SON !!!

Demetlerin Enine Hareketliliği

SONRAKİ ADIM • Yüksek enerjili elektron ve pozitronlar: e+e- çarpışan demetler • Protonlar: pp çarpışan demetler • Muonlar: -+ çarpışan demetler • Nötrino demeti: bozunan müonlardan …