(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ CERN'de yüzyılın fizik deneyi: LHC (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)'nda amaçlananlar Kerem Cankocak (Aralik 2008)‏

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Evrenin kısa tarihi ve Büyük Birleşme Kuramları Uzay ve zaman ~ 13.7 milyar yıl önce, Büyük Patlama ile başladı dört temel kuvvet kütle çekim kuvveti, elektro-manyetik kuvvet, zayıf kuvvet güçlü kuvvet ilk nano saniyelerde hep bir aradaydılar. Evren hızla soğudukça bu kuvvetler ayrıştılar Zamanın başlangıcında evren soğurken enerji maddeye dönüştü --> atom-altı parçacıklar Elektron, proton --> hidrojen atomu hidrojen atomları --->yıldızlar Yıldızlar yandıkça hidrojen atomları kaynaşarak--> daha ağır atomlar

Evrenin kısa tarihi ve Büyük Birleşme Kuramları (Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Parçacık fiziğinde yapılan araştırmalar, hem maddenin temel yapıtaşlarının neler olduğunu anlamamızı hem de içinde yaşadığımız evrenin tarihini öğrenmemizi sağlarlar. Yaklaşık 13.7 milyar yıl önce, içinde yaşadığımız Evren Büyük Patlama ile başladığında her şey çok farklıydı. Bugün içinde yaşadığımız evrende var olan ve her yerde karşımıza çıkan dört temel kuvvet, kütle çekim kuvveti, elektro-manyetik kuvvet, zayıf ve güçlü kuvvetler, ilk nano saniyelerde hep bir aradaydılar. Evren hızla soğudukça bu kuvvetler ayrıştılar. Günümüzde bile elektromanyetik kuvveti düşük enerjilerde farklı iki kuvvet olarak, elektrik ve manyetik kuvvet olarak görebiliyoruz. Oysa bunlar aynı kuvvetin iki farklı tezahürüdür. Zamanın başlangıcında evren soğurken enerji maddeye dönüştü ve atom-altı parçacıklar ortaya çıktı. Elektron, proton gibi parçacıklar atomları (en başta hidrojen atomunu) oluşturdular. Evrenin %75'i hidrojen atomundan meydana gelmektedir. Sonra bu hidrojen atomları milyonlarca yıl boyunca birleşerek yıldızları oluşturdular. Yıldızlar yandıkça hidrojen atomları kaynaşarak, daha ağır atomları meydana getirdiler, yeni elementler yıldızların kalbinde yaratıldı. Milyarlarca yıl sonra, yaklaşık 5 milyar yıl önce, şimdi içinde yaşadığımız güneş sisteminin ortasında bulunan çok büyük bir yıldız patladı ve içindeki elementler uzaya savruldu. Sonraki milyonlarca yıl boyunca uzayda dönen bu elementler birleşerek ortada güneşimizi, etrafında gezegenleri ve dünyamızı yarattı. Daha sonra da dünyada yaşam başladı ve evrimleşerek günümüzdeki insana kadar geldik ve evren hakkında sorular sormaya başladık. İnsanlık, tarih boyunca “madde nelerden oluşur?” ve “bunları bir arada tutan şey nedir?” soruları etrafında doğayı anlamaya çalışmıştır. Sayısız deneyler ve deneylere öneri, öngörü ve yorum getiren kuramsal çalışmalar göstermiştir ki madde çok az sayıda ve oldukça küçük yapı taşlarından oluşmaktadır. Diğer bir deyimle, hava, su, ateş ve toprak bir metrenin on milyarda biri büyüklüğündeki atomlardan; atomlar kendilerinden on bin kat küçük çekirdek ile bir milyar kat küçük elektronlardan; çekirdek ise kendinden on kat daha küçük nötron ve protonlardan oluşmaktadır. Böylesi küçük varlıkların davranışları günlük hayatta gözlemlediğimiz cisimlerden farklıdır: konumları ne kadar yüksek hassasiyetle ölçülürse hızları o kadar az hassasiyetle bilinebilir; hem dalga hem parçacık özellikleri gösterirler; devinim esnasında belli bir yörünge izlemezler; verilen bir durumdan diğerine geçerken gözlenemeyen ara durumlar yaşarlar. Bu prensipler bütünü kuantum mekaniği olarak adlandırılır. Öte yandan, doğanın bütünlüğü ve işleyişi dört temel kuvvet yasasına (gök cisimlerinin düzenini sağlayan çekim kuvveti, atomun düzeninden sorumlu elektrik kuvveti, çekirdeği bir arada tutan güçlü (strong) kuvvet ile çekirdeğin kararsızlığına yani radyoaktiviteye yol açan zayıf (weak) kuvvet) dayanmaktadır.

Birleşme kuramlarının cok kısa tarihi yerçekimi elektrik magnetizma  -bozunumu  -bozunumu  -bozunumu Gök cisimleri elma elektromagnetizma atomlar Kuantum mekaniği mekanik Zayıf kuvvet Zayıf kuvvet Güçlü kuvvet Güçlü kuvvet Elektrozayıf kuram Büyük Birleşme ? Genel görelilik Sicim teorileri Standart Model J.C.Maxwell (1864)‏ Newton (1680)‏ Einstein(1915)‏ Dirac (1930) ‏ Özel görelilik Feynman (1960'lar)‏ : Glashow, Salam, Weinberg 1900'ler Planck, Heisenberg, Bohr, Pauli,.. Kuantum ElektroDinamiği Kuantum Renk Dinamiği

Birleşme kuramları ve LHC Geçen yüzyılın ortalarından bu yana yapılan çalışmalar göstermiştir ki elektrik ve zayıf kuvvetler elektronun büyüklüğü civarındaki mesafelerde birleşip tek bir kuvvet yasasına, elektrozayıf kuvvete, dönüşmektedirler. Bu birleşme, sistemlerin enerjileri arttıkça değişimsizliklerinin (simetrilerinin) de artmasından kaynaklanmaktadır. Daha açık bir deyimle, bu olay bir kare masanın gözümüzün algı sınırından daha hızlı döndürüldüğünde yuvarlak masa gibi görünmesine benzetilebilir. Gerçekten de bir kare masa sadece kesikli dönmeler altında değişimsiz kalırken yuvarlak masa küçük veya buyuk her dönme altında değişmeden kalır. Bugün fiziğin en önemli sorunlarından biri kare masayı yuvarlak masaya tamamlayacak olan parçaların yani yeni parçacıkların kuramsal olarak öngörülüp deneysel olarak gözlenmesidir. Kuramsal açıdan eksik parçaların bulunmasında temel kılavuz elektrozayıf kuvvet ile çekim kuvveti arasındaki hiyerarşik bağıntıdır. Şöyle ki kuantum etkileri altında elektrozayıf kuvvet kararlı davranmayıp kentilyon kere kentilyon kez küçülerek çekim kuvveti ile benzer büyüklüğe ulaşmaktadır. Dolaysıyla, eksik parçalar tamamlanırken birincil olarak gözlemlerle çatışan bu karasızlık önlenmelidir. Bunu başaran kuramsal yapılar genel olarak küçük mesafelerde ek uzay boyutlarının varlığını öngörürler. Bu kuramlara göre, içinde yaşadığımız dört boyutlu uzay-zaman, yerini daha cok boyut iceren daha genel bir uzay- zamana bırakır. Işte deneysel açıdan eksik parçaların ne olduğu sorusu bugün başlayan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) deneyi ile yanıtlanacaktır. Bu deney, tarihsel bir öneme sahiptir çünkü proton ışın-demetleri şimdiye dek ulaşılagelmis en yüksek enerjide çarpışacaklar ve çıkacak ürünler eksik parçaların neler olduğunu tanıtlayacaktır. Ancak bu deneylerden sonuç elde etmek için henüz çok erkendir. LHC hızlandırıcısında amaçlanan enerjilere ve luminozitelere (çarpışan proton sayısı) çıkılması zaman alacaktır.

Madde ve boyutlar ~2x [m] ~5x [m] ~1.5x [m] ~5x10 -6 [m] ~2x10 -9 [m] q e <1x [m] En temel parçacıklar Kuarklar ve leptonlar'dır ~5x10 -6 [m] ~1 [m] hücre DNA atom çekirdek kuark lepton

Standart Model'de Kuark & lepton aileleri aile b (4.4 GeV)‏ t (175 GeV)‏ S (0.1 GeV)‏ C (1.3 GeV)‏ d (0.006 GeV)‏ u (0.003 GeV)‏ Q = +1/3Q = -2/3Q = -1/3Q = +2/3 Antikuark (kuarklarla aynı kütle)‏ Kuark (kütle GeV)‏ aile      GeV)‏    GeV  ‏      GeV)‏    GeV  ‏ e e+e+ e   GeV)‏ e - ( GeV)‏ Q = 0Q = +1Q = 0Q = -1 Antilepton (leptonlarla aynı kütle)‏ Lepton (kütle GeV)‏ proton: uud nötron: udd atom: proton, nötron & elektron Kuvvet taşıyıcıları: hadronlar: Neutrinolar neredeyse kütlesiz (Sol-elliler) Lepton sayıları ayrı ayrı korunmakta Reaksiyona giren ve çıkan L e, L m, L t sayıları aynı olmalı Kuarklar bağımsız olarak var olamazlar

Mezonlar: kuark – antikuark çiftleri Acaip-olmayan ( non-strange) mezonlar Acaip mezonlar Baryonlar: bağlı 3 kuark Antibaryons: bağlı 3 antikuark Acaip-olmayan ( non-strange) baryonlar: acaipliği –  olan baryonlar: acaipliği –2  olan baryonlar: Hikayenin devamı d d u

sıvı hidrogen kabarcık odasında (BNL) gözlemlenen  – olayı K – + p   – + K + + K° (acayiplik korunuyor)‏  –   ° +  – (  S =  zayıf bozunum)‏  °   ° +  (  S =  zayıf bozunum)    – + p (  S =  zayıf bozunum)   °   +  (electromanyetik bozunum) Parçacık cangılı  – kütlesi 1686 MeV  c 2  – : 3 adet s – kuarkının bağıl durumu açısal momentum =   Pauli dışarlama ilkesi gereği 3 kuark aynı özelliğe sahip olamaz (farklı renk yükleri)‏

Dört Temel Kuvvet Yerçekimi Zayıf kuvvet (örn. X-ışınları) Elektromanyetik kuvvet (örn. Işık, TV, radyo,...) Güçlü kuvvet (atom cekirdegi)‏ zayıf güçlü Bilinen bütün diğer kuvvetler bu yukarıdakilerden meydana gelir

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Büyük birleşme

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Kuantum Alan teorilerinde renormalizasyon, regularizasyon Kuantum yüzyılı Olasılık dağılım fonksiyonu UV katastrofu Klasik teori: UV felaketi gözlem Çözüm: ışık kuanta'sı (Planck, 1900)‏ Fenomenoloji Benzer bir şekilde günümüzde de UV felaketleri aşmakta aynı yöntem kullanılmakta --> Fenomenoloji

Madde - antimadde gelen antiproton “yokolus” isareti (antinotron’un yokolusundan buyuk bir enerji aciga cikar)‏ Antiproton  neutron- antineutron cifti propan kabarcik odasi ( E.G. Segrè, Nobel Lecture)‏   p + anti-p  n + anti-n Kabarcik odasinda parcacik- antiparcacik izleri

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Sıvı hidrojen kabarcik odasinda antiproton

Madde-antimadde simetrisinin yokluğu qq Early universe q Günümüzdeki evren q 1

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Aynadan bakmak Madde ve Antimadde Yük-ayna simetrisinin (CP) kirilmasi ile madde-antimadde simetrisinin bozulmasi arasinda yakin bir iliski vardir David Kirkby, APS, 2003

Kesikli Simetriler PARITE: ayna simetrisi P ‏ Parite korunumu: Bütün fizik kanunları P transformasyonunda korunurlar; Doğa Sol ve sağ yön konusunda tarafsızdır...  ’s : K +   +  and K +  3  (  +  +  – and  +  )‏ zıt paritelere sahipler  +   + +  T.D. Lee and C.N. Yang: zayıf etkileşimlerde parite korunmaz!! ++ spin    spin A ++ spin    spin B

Parçacık  antiparçacık transformasyonu  –   – +  –– spin ––  spin –– spin ––  spin deneylerde B durumu gözlenmemiştir ++ spin    spin ++ spin    spin –– spin ––  spin –– spin ––  spin P CP P CC varyok var  – meson bozunumu C ve P değişmezliğini ihlal etmekte, ancak CP transformasyonu altında değişmez kalmaktadır AB Yük eşleniği ( C )‏ Ne varki, daha sonra CP simetrisinin de kırıldığı anlaşılacaktır !!

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Evrenin enerji spektrumu Parçacık fiziğindeki hızlandırıcılar en son GeV düzeyine ulaşabilmişlerdir ( 1Gev = 10 9 eV; eV = elektron volt)‏

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ kozmoljik bulgular: İçinde yaşadığımız evren (isotropik)‏ Yıldızlar ve galaksiler ~0.5% Nötrinolar ~0.3–10% Geri kalan bildik madde (electron and protonlar) ~5% Kara Madde ~30% -> adaylar hızlandırıcı fiziği ile incelenmekte Kara Enerji ~65% Anti-Madde 0% Higgs yogunlaşması ~10 62 %?? Standart model (bilinen fizik)‏ Standart model ötesi (yeni fizik)‏

Standart Modelin temel sorunları – Çok fazla parametre var: Standart Model içinde dışarıdan ithal ettiğimiz birçok parametre var. Bu parametrelerin orijini hakkında birçok sorumuz var. – Kuarklar teoriye elle koyulmuşlardır: SM temel olarak Elektrozayıf etkileşmeleri açıklayan Quantum Elektromagnetik Dinamiği kuramı üzerine kurulmuştur, fakat kuark alanları SM’e elle koyulmuştur. – Elektrozayıf Simetri Kırılması hala anlaşılabilmiş değil: Tüm madde ve kütleye sahip kuvvet taşıyıcı alanlar kendiliğinden gerçekleşen Elektrozayıf simetri kırılması ile kütle kazanmaktadırlar. Fakat bu mekanizma tam olarak anlaşılabilmiş değil. - Güçlü Nükleer Kuvvette Yük-ayna simetrisinin (CP) Kırılması Anlaşılabilmiş değildir. Bu nedenle evrende neden anti-madde olmadığının cevabı tam olarak verilmiş değildir. Günümüzde Zayıf Nükleer Kuvvetin CP simetrisi altında tam olmadığı deneyler ile ispatlanmıştır. Fakat Güçlü Nükleer Kuvvetin de CP simetrisi altında tam olmadığına dair deneysel kanıtlar bulunmuştur. – Çeşni karışımı ve ailelerin sayısı keyfi: SM de üç tane aile vardır ve bu aileler kendi aralarında bir karışıma sahiplerdir. Fakat neden üç aile olması gerektiği hala belirlenememiştir. Etrafımızdaki uzayın tamamına yakını en hafif aileden oluştuğuna göre diğer ağır iki aileye neden ihtiyaç bulunmaktadır? – Kütle spektrumunun orijini belirsiz: SM içinde birçok alan vardır, bu alanların kuantumları olan parçacıklar Higgs alanı olan etkileşmelerinin mertebesine göre kütle kazanırlar. Fakat Bu kütle spektrumunun orijini hala belirsizdir. – Kuark ve Lepton alanları birer temel alan ya da daha temel alanlardan oluşup oluşmadıkları SM içinde bir cevabı yoktur. – Genel Görelilik kuramı SM içinde yer almamaktadır

Cozum arayislari Bu soruların bir kısmını çözmek için ortaya atılan en basit teori, bütün parçacıkların kütlesiz oluşudur! Evreni alanlar doldurmuştur, parçacıklar Higgs alanı denilen bu alanla etkileşime girerken kütle kazanmaktadır. Ama ne varki Higgs parçacığı henüz saptanamamıştır. İşte bütün bu sorulara yanıt aramak için yaklaşık 15 yıl kadar önce LHC projesi ortaya atılmış ve LHC deneylerinin yapımına başlanmıştır yılı içinde deneylerin kuruluş aşaması tamamlanmış ve LHC hızlandırıcısı bugün çalışmaya başlamıştır. Hızlandırıcıda ilk çarpışmalar da yakında gerçekleşecektir. CMS, ATLAS gibi LHC deneylerinden sonuç almak içinse daha bir kaç yıl daha beklemek gerekecektir. Eğer şanslıysak ve teorik modellemeler doğruysa, bir kaç yıl içinde çok önemli bilgilere ulaşacağız. LHC deneyleri herşeye rağmen daha yıl devam edecektir.

Kendiliğinden simetri kırılması ve Higgs bozonu

Standart Modelin otesinde yeni fizik arayislari: supersymmetry (SUSY)‏ Quark Squark Top Stop Electron Selectron Wino W Higgsino H SUSY ? (ii) Supersimetri evrendeki karanlik madde iyi bir aday SUSY: (i) Kuvvetlerin birlesmesi mumkun energy (GeV)

25 Ilk proton demeti: 10 Eylül 2008 ilk çarpışma: 2009 yazi ?  pp  s =14 TeV L=10 34 cm -2 s -1  agir iyonlar CERN ve LHC hızlandırıcısı m CERN konusunda turkce bilgi :

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Gözlem araçları: parçacık dedektörleri Parçacık Çarpıştırıcılarında amaç nedir? Deniz suyunun ısısı bir litre kaynamış suya oranla kat kat daha fazladır. Çünkü ısı bir enerji ölçüsüdür ve deniz suyunun muazzam miktardaki kütlesinin içerdiği enerji bir litre kaynamış suyun enerjisinden milyarlarca kez daha büyüktür. Böyle olduğu halde başımızdan aşağı bir litre kaynamış su döktüğümüzde haşlanırız da denize girdiğimizde hiçbir şey hissetmeyiz. Hatta deniz suyunun sıcaklığı düşükse üşürüz. Bunun nedeni denizin ısısının dağılmış durumda olmasıdır. Oysa bir litre kaynamış suyun ısısı (yani enerjisi) küçük bir alanda yoğunlaşmıştır. Öyleyse önemli olan enerji miktarı değil, enerjinin yoğunlaşma derecesidir. Peki, enerji çok daha fazla yoğunlaştığında ne olur? Hemen herkes Einstein' ın ünlü formülünü bilir: E=mc². Bu basit formülün içerdiği anlam aslında çok büyüktür. Sözle ifade edersek söyle söylememiz gerekir: Enerji eşittir kütle. Öyleyse enerji yeteri derecede yoğunlaştığında maddeye dönüşür. Bunu söyle de ortaya koyabiliriz: bir maddenin enerjisini yeterli oranda arttırdığımızda o maddenin kütlesi enerjiye dönüşür. Küçük bir kıvılcım yaklaşık 1000 C derece sıcaklığa sahiptir. Aslında enerjisi çok küçüktür, ama yoğunlaşmış durumda olduğundan bizim görebileceğimiz düzeyde ışık üretir. Bu küçük kıvılcımın enerjisini çok küçük bir hacimde yoğunlaştırırsak onu kütleye dönüştürürüz. Einstein' ın Özel Görelilik teorisinin bir sonucu olan bu durum deneylerle ispatlanmıştır. Parçacık hızlandırıcılarında yapılan deneylerde iki parçacık (örneğin iki proton) ışık hızına yakın hızlarda hızlandırıldıktan sonra çarpıştırılır ve yoğunlaşan enerjiden yeni parçacıklar elde edilir.

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Küçük nesneleri “görmek” için kullanılan aletler – Görmenin koşulu Daha küçük nesneleri görmek için daha fazla enerji gerekir E=mc² Enerjinin yogunlaşması 25 M kilowat-saat enerji = bir gram madde. Protonun kütlesi ~ 1 GeV/c 2 = 1.783×10 −27 kg 1 TeV = bir sivrisineğin kanat çırpışı

28 LHC hızlandırıcısında proton-proton çarpışması Parçacık Proton - Proton2804 deste/demet Proton/deste10 11 demet enerjisi7 TeV (7x10 12 eV)‏ Lüminozite cm -2 s -1 Sıklık =40 MHz (1/25 ns)‏ Çarpışma sıklığı ≈ Hz Parton (quark, gluon)‏ Proton Olay seçimi: 10,000,000,000,000' de 1 Olay seçimi: 10,000,000,000,000' de 1 l l jet deste Yeni bir parçacık bulma sıklığı ≈ Hz E=mc² Enerjinin yogunlaşması 25 M kilowat-saat enerji = bir gram madde. Protonun kütlesi ~ 1 GeV/c 2 = 1.783×10 −27 kg 1 TeV = bir sivrisineğin kanat çırpışı

E=madde Öyleyse neden enerjinin maddeye dönüşmesi olgusunu gündelik hayatta görmüyoruz? Örneğin neden iki elmayı çarpıştırdığımızda yeni elmalar, portakallar ya da değişik maddeler elde etmiyoruz? Aslında bu teorik olarak olanaksız değildir. Gündelik hayatta enerjinin maddeye ya da maddenin enerjiye dönüşmesini gözlemleyemememizin başlıca üç nedeni vardır: 1. Normal koşullarda enerji maddeye dönüşecek kadar yoğunlaşmış değildir. Madde elde etmek için, günlük hayatta karşılaştığımız enerjiyi milyarlarca kez yoğunlaştırmak gerekir. 2. Enerjinin maddeye dönüşmesi sonucu ortaya çıkan parçacıklar bizim göremeyeceğimiz kadar küçüktürler. Çevremizdeki parçacıklar (elektronlar, protonlar, muonlar) sürekli olarak çarpışmakta ve daha fazla miktarda parçacık ortaya çıkmaktadır (aynı zamanda yok olmaktadır),ama biz bunları kendi gözümüzle göremeyiz. Bunları ancak parçacık dedektörleriyle saptayabiliriz. 3. Ayrıca bunlar birleşip görünebilir maddeler meydana getirebilecek kadar uzun yaşamamaktadırlar. Yaşam süreleri saniyenin milyar kere milyarda birinden azdır. Bunların çoğu tekrar enerjiye dönüşür ve bu enerji yeni parçacıklarin ortaya çıkmasına yarar. Bu zincirleme dönüşüm kararlı parçacıkların meydana gelmesine kadar sürer. Bizim dünyamızı oluşturan her şey bu kararlı parçacıkların (elektron, proton, nötron) çeşitli kombinasyonlarından meydana gelir. Oysa yüksek enerjilerde yüzlerce farklı parçacık ortaya çıkar. İçinde yaşadığımız evrende madde adını verdiğimiz her şeyi (vücudumuz, gezegenimiz, güneş, yıldızlar,...) oluşturan bu üç parçacık (esas olarak proton ve nötron) yaklaşık 13.5 milyar yıl önce, evrenin başlangıcında ortaya çıkmışlardır. Şimdilik bu parçacıkları meydana getiren (Big Bang'deki) o muazzam enerjinin kaynağını bilmiyoruz.

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Biraz tarih: Parçacık fiziğinin klasik dönemi JJ. Thomson (1897): elektron Rutherford (1905): çekirdek;proton Chadwick (1932): nötron Foton:  Planck (1900) h Einstein (195) : E=h -   Compton (1923): ’=  c (1-Cos  ) c =h/mc

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ İlk gözlemlenen “yeni” parçacıklar ( )‏ Kozmik ışınların bozunumları “yeni parçacıklar” pion’lar Yukawa alanı: mezonlar (orta ağırlık)‏ elektron: lepton (hafif)‏ proton, nötron: baryon (ağır)‏ Anti-parçacıklar: Dirac teorisi Andesson(1931) : pozitron Nötrino: Pauli (1930) öneri Reines (1950) : ispat

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Kabarcık odaları(1960’lar-1970’ler) “acayip” parçacıklar Gargamelle (son büyük kabarcık odası deneyi)‏

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ 1960’lardaki parçacık karmaşası Kuark modeli (1964, Gell-Mann ve Zweig)‏ 1974 Kasım devrimi: c (tılsımlı) kuarkının keşfi

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Modern hızlandırıcılar Daha yüksek enerjiler için hızlandırıcılar ve elektronik dedektorler insa edildi (1980’ler)‏

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Çarpışma Dedektörlerin içinde gerçeklesir E=mc² Enerjinin yogunlaşması 25 milyon kilowat-saat enerji = bir gram madde. Büyük bir şehrin yaklaşık bir günlük enerji tüketiminin tamamını maddeye dönüştürürse = bir gramlık bir kütle

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ “görmek” veri analizi ile gerceklesir

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ Maddeyi geçerken Fotonlar, elektronlar, müonlar ve hadronlar maddenin içinden geçerken farklı derinliklere ulaşırlar. Yuklu parcaciklar iz birakirlar

38 Superiletken Mıknatıs, 4 Tesla Elektromanyetik Kalorimetre (Ecal) ‏ 76k scintillating PbWO4 crystals MerkeziHadron Kalorimetresi (Hcal) Plastic scintillator/brass sandwich İz bulucu Pixels Silicon Microstrips 210 m 2 of silicon sensors 9.6M channels Muon Barrel Drift Tube Chambers (DT) ‏ Resistive Plate Chambers (RPC) ‏ Muon Endcapsl Cathode Strip Chambers (CSC) ‏ Resistive Plate Chambers (RPC) ‏ Toplam ağırlık t Çap 15 m Uzunluk 21.6 m Modern Dedektör Sistemleri HF CMS dedektörü fizikçi !

39 Dedektör teknikleri dedektor tekniklerinin tipta uygulanisi: Tomografi yöntemleri (röntgen, MR, PET,...)‏ Proton terapisi, Iyon terapisi CMS dedektörü, 21.6 metre uzunlugunda ve 14.6 metre çapında

40 CMS yerlestigi Deney Mağarası Jun 2004 Human Şubat 2005 insan Şubat 2008 CMS dedektoru magaranin icinde

41 LHC ve CMS resimleri  Mart 7, 2005

42 pp çarpışmasında neler bekleniyor? Bir örnek: H  ZZ Z  H  4 muon: en temiz sinyal !! Her 25 ns'de bir tekrarlanıyor 1 ns = saniyenin milyarda biri

43 LHC’de olay secimi

44 CMS Bilgi işlem: Veri akışı ve GRID Raw Data size 1.5MB for 2x10 33 Event Rate 150Hz for 2x10 33

45 Medyatik Kara Delikler   Kuantum mekaniksel olarak, karadelikler ışıma yaparlar (Hawking ışınımı)‏ “Normal” kara delikler kütle: M BH ~ M sun boyut: kilometre Sıcaklık: 0.01 K ömür: ~ sonsuz Mini kara delikler kütle: M BH ~ 1000 M proton boyut: m sıcaklık: K ömür: s Hızlandırıcılarda (LHC) ve kozmik ışınlarda (Auger Gözlemevi, Arjantin)‏ mini karadelikler araştırılmaktadır. p p Kesinlikle insan sağlığına zararlı değildir :-)‏

46 CERN ( CERN'in açılımı “Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire” dır. İngilizcesi: European Organization for Nuclear Research. 1952'de geçici bir statüde kurulup, 1954' de resmiyet kazanmıştır. O yıllardaki fizik bilgisi atomun ancak çekirdeğini kapsadığından CERN'in isminde nükleer geçmektedir. Aslında CERN dünyanın en büyük Parçacık Fiziği laboratuarıdır. Bugün artık maddenin temel yapıtaşları ve onlar üzerine etki eden kuvvetler hakkındaki bilgimiz atom çekirdeğinin çok daha derinine inmektedir Merak Keşif Teknoloji Mühendislik Üretim Bilgi

47 CERN'e üyelik ve gözlemcilik Üye ülkeler: Avusturya, Belçika, Bulgaristan, Çek Cumhuriyeti, Danimarka, Finlandiya, Fransa, Almanya, Yunanistan, Macaristan, Italya, Holanda, Norveç, Polonya, Portekiz, Slovak Cumhuriyeti, İspanya, İsveç, İsviçre ve İngiltere. Üye ülkeler CERN'e dogrudan katkıda bulunurken, Konsey'de temsil edilmekte ve alınan bütün kararlarda söz sahibi olmaktadırlar. Gözlemci ülkeler Konseye katılırlar ama oy hakları bulunmaz. Dünyanın her köşesinden 580 Enstitü ve Universite (85 ülke) CERN'deki olanaklardan yararlanmaktadır. CERN'in bütçesinin büyük bölümü LHC gibi yeni araştırma olanaklarının yapımına gitmektedir. Deneylere ise kısmi olarak katkıda bulunmaktadır. CERN' deki deneylere katılan Gözlemci ülkeler ise şunlardır: Cezayir, Arjantin, Ermenistan, Avustralya, Azerbeycan, Belarus, Brezilya, Kanada, Şile, Çin, Kolombiya, Hırvatistan, Küba, Kıbrıs, Estonya, Gürcistan, İzlanda, İran, İrlanda, Litvanya, Meksika, Montenegro, Fas, Yeni Zelanda, Pakistan, Peru, Romanya, Sırbistan, Slovenya, Güney Afrika, Güney Kore, Tayvan, Taylan, Ukrayna ve Viyetnam.

48 CERN tarihinde dönüm noktaları * 1954: CERN' in (Avrupa biliminin) kurulumu * 1957: ilk hızlandırıcı kuruluyor * 1959: PS çalışmaya başlıyor * 1968: Georges Charpak dedektör tekniklerinde devrim yaratıyor * 1971: dünyanın ilk proton-proton çarpıştırıcısı * 1973: yüksüz akımlar ispatlandı * 1976: SPS (Super Proton Synchrotron) çalışmaya başladı * 1983: W ve Z parçacıklarının keşfi (elektrozayıf kuram)‏ * 1986: ağır-iyon çarpışmaları * 1989: LEP (Large Electron Positron) hızlandırıcısı faaliyete başladı * 1990: Tim Berners-Lee World Wide Web (www)' i keşfetti * 1993: madde-anti madde asimetrisinin hassas ölçümleri * 1995: ilk anti-hidrojen gözlemi * 2002: anti-hidrojen atomlarının yakalanması * 2004: CERN' in 50'inci yıldönümü * 2008: LHC (Large Hadron Collider) hızlandırıcısı başlıyor

49 CERN ve Nobel ödülleri CERN' de gerçekleştirilen çalışmalardan dolayı iki adet Nobel ödülü alınmıştır: 1984 yılında, Carlo Rubbia ve Simon Van der Meer “Zayıf etkileşimin kuvvet taşıyıcıları olan W ve Z parçacıklarının keşfi” ile Nobel ödülü kazanmışlardır. SPS (Super Proton Synchrotron) hızlanrıdıcısnda proton ve antiprotonların çarpıştırılması yoluyla gerşekleştirilen bu deneyde zayıf kuvvet ile elektromanyetik kuvvetleri birleştiren elektrozayıf kuram doğrulanmıştır yılında CERN fizikçisi Georges Charpak “başta çoktelli oran odaları olmak üzere, parçacık dedektörlerinde gerçekleştirdiği yenilikler” dolayısıyla Nobel'e hak kazanmıştır.. CERN'de ayrıca çok sayıda Nobel ödüllü bilim adamları çalışmaktadır. Bunlardan ilk akla gelen fizçiler şunlardır: İlk Genel-Müdür Felix Bloch, 1952 yılında Edward Mills Purcell ile birlikte “nükleer manyetik hassaslık ölçümlerinden” dolayı Nobel ödülünü paylaşmıştır. LEP deneylerinden biri olan L3 deneyinin başkanı Sam Ting, J/ψ parçacığının keşfi dolayısıyla 1976 yılında Burt Richter ile birlikte Nobel ödülü almış bir fizikçidir. ALEPH (LEP) deneyinin başkanı olan CERN fizikçisi Jack Steinberger, Leon Lederman ve Mel Schwartz ile birlikte, 1988 yılında muon nötrinosu keşfinden (1962, Brookhaven, ABD) dolayı Nobel ödülü almıştır.

(Kerem Cankoçak, Aralık 2008)‏ CERN'nin teknolojik açılımları * PROJE YöNETiMi o Yönetim (organizasyon, proje politikası v.b.), Araclar (EDH, toplantı araçları v.b.)‏ * BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ o World Wide Web, Grid o Yazılım: Root, Geant, Fluka,..vb o Modelleme ve Benzetim (Simulasyon): Guvenlik, Stratejik Planlama, Mühendislik, Tıbbi Araştırmalar o Yüksek verimli hesaplama: Ekonomi, Atmosfer Bilimi, Deprem, Tıbbi Araştırmalar * ELEKTRONİK o Tümlesik Elektronik (Mikroelektronik)‏ o Tümlesik Olmayan (discrete) Elektronik o Optoelektronik o Sistem Tasarımı * RADYASYON o Radyasyondan korunma: insan o Radyasyondan koruma: malzeme o Dozimetre, Uzaktan algılama, Çevre Koruma * HIZLANDIRICILAR ve DEDEKTORLER o Demet diagnostiği, Parcacik Hizlandiricilarinin Uygulamalari o Soğutma (Krayojenik), Boşluk (vakum), RF mühendisliği o Radyasyon dedektorleri teknikleri * EĞİTİM o Eğitim Yöntembilimleri (Teknolojileri)‏ o Çıraklık, Stajyerlik ve yaz öğrencisi programları, Özel Sektörde AR-GE * DİĞER o Arkeometri o Malzeme Bilimi kaynak:

51 CERN deneyleri ve Türkiye ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) ve CMS (Compact Muon Solenoid) : Evrenimizi oluşturan temel kuvvetleri ve maddenin temel yapısını araştırmak ALICE (A Large Ion Collider Experiment): Çekirdek-çekirdek çarpışmaları ile quark-gluon plazması LHCb (Large Hadron Collider beauty): b-kuark ve b mezonların özelliklerini ve parite bozulmasını araştırmak amacıyla kurulmuştur. CLIC (Compact Lineer Collider) : CERN'de kurulması düşünülen bir lineer elektron-pozitron çarpıştırıcı CAST (CERN Axion Solar Telescope): “Axion teleskobu”(soğuk karanlık madde adayı) 1960'lı yıllardan bu yana Türkiye TUBITAK ve TAEK tarafından desteklenen projelerle CERN'deki deneylere katılmaktadır. Ülkemiz ile CERN arasındaki ilişkinin çerçevesini belirleyen TAEK-CERN İşbirliği Anlaşması 14 Nisan 2008 tarihinde Cenevre'de imzalanmıştır. Aralık 2008'de TAEK Türkiye'nin CERN üyeliği için girişimlere başlamıştır.