Bilimin En Büyük Deneyi - CERN |
1. Bölüm

Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi (CERN) her anlamda bilim dünyasının son yıllardaki en popüler nesnesi. Devasa bütçesi, dünyanın her yerinden konusunda uzman iki binin üzerinde bilim adamının ortak çalışmaları, CERN'e özel dünyada başka hiç bir yerde bulunmayan eşsiz özelikteki ekipmanları CERN'i özel kılan şeylerden sadece birkaçı.

A- A+

05.11.2011 tarihli yazı 17916 kez okunmuştur.

Cern Bilim Deney Big Bang Higgs Parçacığı Edwin Hubble

Avrupa’da yaşanmakta olan büyük ekonomik krize rağmen CERN’in bütçesinde önemli bir değişiklik olmaması da Avrupa’nın bu kuruma olan inancını gösterir nitelikte. Şimdiye kadar yapılan deneyler ve alınan sonuçlar da bu güvenin boşa olmadığını gösteriyor. Kurumun en önemli amaçlarından biri olan Büyük Patlama’nın (Big Bang) ilk anlarındaki ortamı oluşturma ve böylece "Higgs (Tanrı) Parçacı"ğına ulaşma yolunda büyük mesafeler kat edildi. 1993 yılından itibaren özellikle bu konuya yoğunlaşan CERN uzmanları çalışmalarını artık sonlandırmak üzereler. Henüz deneysel verilerin tam olarak doğrulanması için biraz daha zamana ihtiyaç olsa da gerçekleştirilen deneylerde alınan sonuçlar geçmiş 5-10 yılı düşündüğümüzde şimdiden asla tahmin edemeyeceğimiz bir noktaya ulaşmamızı sağlamış durumda.

1929 yılında Amerikalı astronom Edwin Hubble'ın evrenin sürekli genişlediğinin kanıtlamasıyla yeni bir evren teorisi ortaya çıktı. Evren daimi olarak genişlediğine göre zamanda yeterince geri gittiğinizde evrenin tüm maddelerini içeren tek bir noktaya da ulaşabilmelisiniz. Öyle ki bu noktaya ulaştığınızda bu tek noktaya öyle muazzam büyüklükte bir yer çekimi kuvveti etki eder ki toplam hacim sıfırlanır. İşte bu sıfır hacme sahip noktanın patlamasıyla evren oluşur (Büyük Patlama Teorisi). Yaklaşık bu zamanın 13,7 milyar yıl olduğunu tahmin eden bilim adamları, sıfır hacmin yokluk anlamına geldiğini yani evrenin sonsuz değil yoktan var olmuş bir sistem içinde yer aldığını öne sürer. O zaman aklımıza şöyle bir soru geliyor; peki ya evrendeki bütün bu çeşitli maddeler nasıl meydana geldi? Bu sorunun cevabını da 1964 yılında Peter Higgs ve arkadaşlarının ortaya attığı bir teoride arıyoruz. Higgs’in teorisine göre bu patlamayla birlikte oluşan bütün maddelerin kütlesiz olduğu ancak bu maddelerin evrende yüzerken Higgs alanına girdiğini, Higgs bozonuyla da tepkimeye girerek bir kütleye sahip olduğudur. Bu tepkimenin süresine göre de oluşan kütlenin her madde için farklı olduğu, böylece evrendeki madde çeşitliliğinin de sağlandığıdır. Higgs bozonuna kütlesi olmayan bir cisme kütle kazandırdığı için yani bir nevi yoktan var ettiği için 1993 yılında Nobel ödüllü fizikçi Leon Lederman tarafından "Tanrı Parçacığı" ismi verilmiştir. CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHD) ile yapılan deneylerde en büyük amaçlardan biri Büyük Patlama öncesi benzer koşullar oluşturarak bir patlama gerçekleştirmek ve bu parçacığa ulaşabilmek, en azından olduğunu kanıtlayabilmek. Şu ana kadar bu parçacıkların var olup olmadığını kimse kanıtlayamadı. Dahası bu deneylerde bugüne kadar Standart Model Teorisi’nin yani evrenin yapısını ve onu oluşturan maddelerin bütün özelliklerini parçacık düzeyinde açıklayan fakat bu maddelerin nereden geldiği ve neden dağılmayı değil de bir arada durmayı tercih ettiğini açıklamada eksik olan bu teorinin bu eksik yönlerini de tamamlamak. CERN uzmanları 30 Mart 2010 tarihinde o tarihe kadarki en büyük enerji olan 7 TeV (1TeV=1012 eV) harcayarak iki kurşun protonunu 27 km’lik bir oval tünelde ışık hızının %99.9’u kadar bir hızda çarpıştırdı. Yedi teraelektronvoltu 7 adet sinekle elde edebilseniz de bir protonun bir sineğin trilyonda biri olduğu düşünüldüğünde protonlar üzerindeki enerji yoğunluğunu hayal edebilirseniz. Çarpıştırma daha önceki deneylere nazaran herhangi sorun yaşanmadan sonlandırıldı. Daha sonra hızlandırıcının üzerindeki dört detektörden (ATLAS, CMS, LHCb, ALICE) toplanan verilerin analizine başlanmıştır.

Tünelin içindeki mıknatısların tam tasarlandığı gibi yerleştirilmesi oldukça önem taşıyor. Çünkü protonların ışık hızına yakın bir hızda ve doğru istikamette çarpışmasını bu dev mıknatıslar sağlıyor. 2009 yılında mıknatıslarda yaşanan erime nedeniyle deney yaklaşık bir yıl ertelenmişti. Daha ilginci yaşanan bu gelişme üzerine Kopenhag’daki Niels Bohr Enstitüsü uzmanı Holger Bech Nielsen ile Kyoto’daki Yukawa Fizik Teorisi Enstitüsü’nden Masao Ninomiya ortak bir makale yayınlayarak Higgs bozonunun zamanda geriye giderek kendisinin üretimini engelleyebileceğini belirttiler.

Alice detektörünün içine yerleştirilen hedef takip sistemi ve zaman göstergeciyi sayesinde ultra enerji yoğunluğuna sahip protonun kafa kafaya çarpışmasından hemen sonra oluşan koşulların izlenilmesi amaçlanıyor. Böylece büyük patlamanın hemen sonrası neler olduğunu az çok tahmin etmenin mümkün olabileceği umuluyor.

CMS detektörü 23 metre boyunda 14 metre çapında olan bu detektörün içinde silikondan üretilmiş bir parçacık yolu ve parçacıkların enerjisinin ölçülmesi için bu yolu çevrelemiş elektromanyetik ve hadronik kalorimetreler bulunuyor.

CERN’de bulunan veri toplama merkezi her bir çarpıştırmadan sonra saniyede ortalama 1.2GB veri işliyor. Böyle devasa verilerin işlenmesinde ücretsiz yazlım ortamı sağlayan Linux kullanılıyor.

Atlas detektörünün A kısmının yapılandırılması LHD’nin yapımı için 6.4 milyar dolara yakın bir para harcandı

19 Mart 2010 tarihinde başlayan çarpıştırmaların günümüze kadar ki analizini şu şekilde sıralayabiliriz.

1- 20 Kasım 2009 tarihinde başlayan ilk çarpıştırmalardan sonra 19 Mart 2010’da başlayan yeni çarpıştırmalarda 30 Mart tarihinden bu tarihe dek en yüksek enerji olan 7 TeV’a ulaşıldı. Bu enerji düzeyi ve sıcaklıkta detektörlerin tam olarak çalışması büyük sevinçle karşılandı. (Önceki deneylerde 450 GeV (1 GeV=109 eV) enerjide Higgs bosonuna ulaşılacağı düşünülmüş fakat bunun gerçekleşmemesi üzerine hedefler büyültülmüş 7 TeV hedef olarak konulmuştu.) CERN’den yapılan resmi açıklamada çarpıştırmanın başarıyla gerçekleştiği verilerin tam analizi için 18-24 ay geçmesi gerektiği belirtildi.

2- Bu hedefe ulaşıldıktan sonra 14 TeV enerjiye ulaşmak hedef olarak konuldu. Bu hedefe 2013 yılında ulaşılması düşünülüyor. 2011 yılı içinse 30 Ocak 2011’de yapılan açıklamada 3.5 TeV (yani iki proton için 7 TeV) bu yıl için maksimum olacağı belirtildi. Ayrıca bu açıklamada LHD’nin teknik nedenler sebebiyle yıl sonunda bakıma alınacağı çarpıştırmaların 2012’nin ilk aylarında yeniden başlayacağı bildirildi.

3- 22 Nisanda 2011 tarihinde bugüne kadarki en büyük ışın yoğunluğuna ulaşıldı. ( 4.67 × 1032cm2s-1.) Bunun anlamı giderek daha fazla veri toplandığının ve daha çok başarılı çarpıştırmanın gerçekleştiğinin, böylece Büyük Patlama’nın bir benzerinin yaratılmasına giderek daha da yaklaştığımızın görülmesidir.

4- 24 Nisan 2011’de Columbia Üniversitesi'nden matematikçi Peter Woit’in bloğundan sızan bilgi büyük bir heyecan yarattı. Bilgide Higgs Parçacığına çok benzer bir parçacığın bulunduğu bu parçacığın kütle ve diğer özeliklerinin Higgs parçacığıyla örtüştüğü belirtiliyordu. Ancak CERN’den herhangi bir doğrulama gelmedi. Bu olaydan sadece 3 ay sonra 25 Temmuz 2011 de CERN uzmanları Fransa’da düzenledikleri konferansta LHC‘da yapılan çarpıştırmalarda 180 trilyona yakın protonun çarpıştırıldığı bunun sonucu da 60 tane Higgs parçacığı üretildiğini tahmin ettiklerini söylediler. Kesin sonuçlara ise 2012 yılının sonunda ulaşmaya tahmin ettiklerini eklediler. Bu gelişme Türkiye’deki medya servislerinde hatalı bir biçimde Tanrı parçacığının varlığının kanıtlandığı şeklinde sunuldu.

5- Bu hafta yapılan son açıklamada bu yıl toplam 350 milyon protonun çarpıştırıldığı yani yıl sonu hedefine 2 haftadan önceden ulaşıldığı belirtildi. Bu yıl için ise 3.5 TeV ulaşılan en yüksek enerji seviyesi olarak kalacağı söylenirken, LHD’nin teknik bakım çalışmalarının kısa sürede başlayacağı belirtildi.

Çarpıştırmalar sonucu 2011 yılında detektörlerde tespit edilen entegre ışın yoğunluğu

Tanrı parçacığının bulunması CERN’deki deneylerin şüphesiz en önemli amaçlarından biri. Bu amaca ulaşılmasıyla Büyük Patlama teorisinin eksik bir yanının tamamlanmasının yanında evrenimizin nasıl oluştuğunu anlamayı hedefleyen araştırmalarda kendine önemli bir rota bulmuş olacak. Tabi Tanrı parçacığı araştırılırken diğer birçok gizemli konunun anlaşılması içinde önemli derece de yol alınmış durumda. Karanlık maddenin varlığı ve süper simetri, özellikle de tüm bilim dünyası için yeni bir dönüm noktası olabilecek ışık hızının aşılmış olabileceği bilgisi en az Tanrı parçacığı kadar heyecan verici konular. Bu iki konuya diğer yazılarda devam edeceğim.