Parçacık Hızlandırıcı 1.Bölüm

   Günlük hayatta ara sıra karşılaştığımız ancak tam anlamıyla ne işe yaradığını bilmediğimiz bir konuya değinmek istedik: Parçacık hızlandırıcılar.

    Atom, keşfinden bu yana tüm insanlığın ilgi alanına girmiştir. Özellikle de atom altı taneciklerin keşfinden sonra. Dalton'un bölünemez anlamına gelen "Atom" u bulmasının sonra biliminsanları çeşitli deneyler yapmıştır. Bu deneylerin birinde Ernest Rutherford isimli biliminsanı atomun bölünebildiğini ve bir çekirdeğe sahip olduğunu kanıtlamıştır. Bu yenilik sonrası Rutherford 'un öğrencileri olan John Cockroft ve Ernest Walton ise tarihin ilk parçacık hızlandırıcısını tasarlamış ve lityum atomuyla yaptıkları deney neticesinde atom altı taneciklerin varlığını keşfetmiştir. Bu deney sayesinde Nobel ödülüne layık görülmüşlerdir. Keşifleri sayesinde günümüze kadar olan tüm gelişmelere kapı aralamışlardır.Atom altı fiziği gün geçtikçe gelişmektedir ve yeni parçacıklar bulunmuştur. Bu buluşlara paralel olarak parçacık hızlandır da gelişmiş, güçlenmiştir.     Parçacık hızlandırıcıların birçok amacı vardır. Temel amacı ise maddeyi ve parçacıklarını anlayıp evrendeki düzeni belki de evreni anlayabilmektir. Bu amaç doğrultusunda pek çok araştırma yapılmıştır.  Günümüzde ise en popüler olan parçacık hızlandırıcı "Büyük Hadron Çarpmıştırıcı"sıdır. BÜYÜK HADRON ÇARPIŞTIRICISI NEDİR?     Sizlere Büyük Hadron Çarpmıştırıcısı'nı anlatmadan önce kısaca atom altı taneciklerin ve hadronun ne olduğunu anlatmak isterim.     Atomaltı parçacıklar yüzyılı aşan bir süre içinde teker teker bulunmuştur. Bu keşiflerin ilki 1897 yılında gerçekleşen elektron isimli eksi yüklü parçacıktır. Atom merkezinde artı yüklü bir çekirdeğin olduğunun keşfedilmesi için 1911 yılına kadar beklemek gerekmiş süreç içinde çekirdeğin tek parça olmadığı, artı yüklü protonlardan ve yüksüz nötronlardan bir araya geldiği anlaşılmıştır. İlerleyen zamanda proton ve nötronların da içlerinde kuark adı verilen parçacıklar olduğu keşfedilmiştir. Hem proton hem de nötron üçer kuarktan meydana gelir. İki tane yukarı bir tane aşağı kuark bir araya gelince proton, bir tane yukarı iki tane aşağı kuark bir araya gelince nötron oluşur.

Kuarkların üçerli gruplar halinde bir araya gelip oluşturduğu parçacıklara baryon denir. Proton ve nötron birer baryondur. Ancak kuarklar sadece üçerli gruplar halinde bir araya gelmezler. Kuark-antikuark çiftleri şeklinde bir araya gelip oluşturdukları parçacıklara da meson adını veririz. Hem baryonları hem de mesonları içeren parçacık ailesine ise hadron denir. Büyük Hadron Çarpmıştırıcı 4 aşamada işler. Bunlar: hızlandırma, çarpıştırma, yaratım ve saptamadır.    HIZLANDIRMA    Çarpıştırıcı yaklaşık olarak 27 km uzunlukta dairesel bir tünel içinde ve 100 metre derinde yer almaktadır.

İki proton hüzmesi zıt yönlerde yüksek vakumlu tüpler içerisinde süper iletken mıknatıslar yardımı ile yönlendirilmektedir. Bu etki ile hızlanan parçacıklar saniyede 11.245 tur atabilmektedir.    ÇARPIŞTIRMA    Proton hüzmeleri çıktıkları yüksek hız ile birlikte birbirlerine saniyede 800 milyon defa çarpmakta ve üst düzey bir enerji ortaya çıkarmaktadır. Bu enerji yoğunluğu büyük patlamadakine benzemektedir.    YARATIM    Enerji kütleye dönüşebildiği gibi kütle de enerjiye dönüşebilmektedir. Çarpışan iki protonun enerjisi büyük kütleli başka bir maddeye dönüşebilmektedir.    SAPTAMA    Bu ikincil parçacıklar çarpışma noktasından uzaklaşırken saptayıcılar onların niteliklerini (uzaydaki konumlarını, ivmelerini,kütlelerini ve yüklerini)ölçmektedir. Bu saptama sayesinde hem yeni parçacıkların türü belirlenmekte hem de yepyeni bir parçacık olma ihtimalini değerlendirmektedirler.

Kaynak:

1)llk Üç dakika -Steven Weinberg (Tübitak Yayınları)

2)Cockcroft, J.D., E.T.S. Walton, Disintegration of Lithium by Swift Protons, Nature 129 (1932) 649.

3)Popular Science dergisi Nisan 2015 sayısı

4)Bilim ve Teknik dergisi Ocak 2015 sayısı