CERN’de çalışan bir fizikçi, ekibin atomaltı sıçramaları kullanarak deneyleri nasıl yeniden başlattığını açıklıyor.
Bu makale aslen The Conversation’da yayımlandı.
Mikrodalga fırınınız veya bilgisayarınızın üzerindeki “başlat” düğmesine başlattığınızda, cihaz hemen çalışmaya başlar. Fakat CERN adıyla bilinen Avrupa Nükleer Araştırma Organizasyonundaki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi büyük fizik deneyleri bu şekilde işlemez. Bunun yerine mühendisler ve fizikçilerin her yıl birkaç hafta boyunca çarpıştırıcıyı ve çarpıştırıcıdaki bütün deneyleri özenle sıfırlaması gerekir.
CERN’de görev yapan fizikçi Riccardo Maria Bianchi, meslektaşlarıyla birlikte son birkaç ay boyunca deneylerin en büyüğü olan ATLAS‘ın sıfırlanma sürecinde çalışmış. Çarpışan parçacıklar hakkında doğru bilgi toplamak ve evrenin en zorlu gizemlerinden bazıları üzerinde çalışma yürütmek için kurumun, cihazın düzgün şekilde ayarlandığından emin olması gerekiyor.
CERN‘de, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı veya LHC, protonları şimdiye kadar ulaşılan en yüksek enerjide çarpıştırarak yeni parçacıklar oluşturuyor. Fizikçiler daha sonra bu parçacıkları yakalıyor ve çeşitli deneyler yürütüyorlar.
LHC, etrafımızdaki her şeyin temel yapı taşları olan atomaltı parçacıkların gizli dünyasını araştırıyor. Bu parçacıkların incelenmesi, Bianchi gibi bilim insanlarının evrenin nasıl çalıştığını ve zamanla nasıl evrimleştiğini anlamasına yardımcı oluyor.
LHC’nin kış uykusuna yatırılması ve uyandırılması
Çarpıştırıcı ve deneyleri her kış mevsiminde kış uykusuna yatıyor. Bianchi’nin ekibi ve CERN’deki diğer takımlar, cihazları bu kış uykusuna birkaç sebeple yatırıyor.
Bilim insanlarının kullandığı makineler karmaşık yapıda. Parçaların değiştirilmesi veya yeni bileşenlerin kurulması için biraz zaman gerekiyor. Ayrıca tüm bu makinelerin epeyce enerji kullandığı düşünüldüğünde, onları elektrik fiyatının daha yüksek olduğu ve yakındaki Cenevre şehrinin sakinlerini ısıtması gerektiği kış aylarında çalıştırmaktan kaçınıyorlar.
Fakat ilkbahar geldiğinde, tüm takımlar LHC ve deneyleri yeni veri toplama dönemi için hazırlıyor.
Mühendis ve teknisyenler hızlandırıcıyı sıfırlamak ve onu protonları çarpıştırmak üzere hazırlarken, deneysel fizikçiler olan Bianchi ve meslektaşları ise deneyleri çarpıştırıcının ürettiği tüm parçacıklardan zamanında ve doğru şekilde veri toplaması için hazırlıyor.
Kozmik ışınlarla test
Deney takımları, hızlandırıcı halen uykudayken LHC’yi kış uykusundan uyandırma işleminin ilk aşamasını başlatıyor. Bianchi ve ekibinin, parçacıkları üreten çarpıştırıcı çalışmasa bile parçacık algılayıcılarını test etmesi gerekiyor.
Bu ilk aşamada bilim insanları doğanın sağladığı ve her zaman bulunabilen şeyi; kozmik ışınları kullanıyorlar. Bunlar, uzaydan gelen enerji yüklü parçacıklar atmosferin yüksek kısımlarındaki atomlara çarptığı zaman ortaya çıkan atomaltı parçacıklar.
Solda bir kozmik ışın, LHC’deki ATLAS algılayıcısına giriş yapıyor. Işın bir algılayıcıya ne zaman çarpsa, enerjisinin bir kısmını kaybediyor. Algılayıcı, bu enerjinin kaybolan kısmını bir sinyale dönüştürüp kaydediyor. Fizikçiler bu kozmik parçacığın buluştuğu bütün algılayıcılar boyunca bir hat çizerek geliş yönünü, deney boyunca izlediği güzergâhı ve enerjisini çıkarıyorlar. Kozmik ışınlar, bilim insanlarının algılayıcıları eğitmelerine ve her şeyin beklendiği çalıştığını doğrulamalarına yardımcı oluyor.
Fakat kozmik ışınlar rastgele ve nadir olduklarından, onlara bütün testlerde bel bağlanamıyor. Sonraki testler için bir yoğunlaştırıcı ve daha tahmin edilebilir kaynaklar; atomaltı çarpışma sıçramaları kullanılıyor.
Hepsini eşgüdümlemek için atomaltı çarpışma sıçramaları
LHC, protonların içinden geçtiği yaklaşık 27 kilometre uzunluğunda borulara sahip. Bu borunun etrafında, borunun hızlandırdığı protonları yönlendiren mıktanıslar bulunuyor. Yoldan çıkan parçacıklar, yön verici isimli ufak bir metal parçasıyla durduruluyor. Bu yön verici, protonların çarptığı ve atomlarıyla etkileşime girdiği hızlandırıcı borunun merkezine itiliyor.
Bu çarpışma sonucunda devasa miktarda parçacık ortaya çıkıyor ve parçacıklar sonrasında hep birlikte hızlandırıcı boru boyunca büyük bir su sıçraması şeklinde hareket ediyor (ya da bilim insanlarının deyişiyle bir “ışın sıçraması” şeklinde). Hızlandırıcı takımı, bunları Mart ayının ortalarında ATLAS deneyi için oluşturuyor.
Bu büyük parçacık dalgası, deney düzeneğine tek seferde çarpıyor ve dalga, bilim insanlarının deneydeki tüm algılayıcıların doğru ve eşgüdümlü şekilde tepki verip vermediğini doğrulamasına olanak sağlıyor. Ayrıca verileri gereken hızda kaydedip kaydedemediklerini ve depolayıp depolayamadıklarını da test ediyor.
Ayarlama yapmak için yatay müonlar
Deneylerdeki parçacık algılayıcılarının çoğu artık yeni veri almak için hazır. Fakat LHC’deki bazı algılayıcı tipleri için ek testler gerekiyor.
Bunlardan biri de ATLAS deneyinin nötron ve protonlar gibi parçacıkların enerjisini ölçen bir algılayıcısı olan Karo kalorimetresi. Cihaz, karo şeklindeki algılayıcı sütunlarından oluşuyor ve doğru şekilde ayarlanması için test parçacıklarının bu karolardan yatay şekilde geçmesi gerekiyor.
Işın sıçramalarının oluşturduğu devasa parçacık püskürtüleri, Karo kalorimetresinin ayarlanması için iyi değil. Bu parçacıklar doğru açıdan gelmiyor ve bir seferde çok fazla geliyorlar.
Karo kalorimetresini test etmek için bilim insanları sadece özel bir parçacık tipine bakıyor: Müonlara. Müonlar elektronlara benziyor ancak daha ağırlar ve etraflarıyla farklı şekilde etkileşime giriyorlar. Fazla enerji kaybetmeden ya da durmadan birden fazla algılayıcı sütunundan geçebiliyorlar; bu da onları parçacık algılayıcılarını test etmek için kullanışlı hale getiriyor.
Bu yüzden Mart’ın sonuna doğru bilim insanları başka bir test hazırlıyor ve yön vericileri bir kez daha kullanıyorlar.
Ancak bu sefer, LHC mühendisleri yön vericiyi çok hafif şekilde protonların güzergâhına doğru itiyor ve bu sayede parçacıklar yön vericiyi çok hafif şekilde kazıyor. Protonların yön vericinin metalik yüzeyine hafifçe sürtünmesi, hızlandırıcı borusuna paralel hareket eden ve ATLAS deneyine yatay şekilde çarpan parçacıklar meydana getiriyor.
Bilim insanları özel algılayıcılar kullanarak yön vericiyle yaşanan bu çarpışmanın oluşturduğu müonları ortaya çıkarıp onları işaretliyor. Ardından müonları Karo kalorimetresinden geçtikleri sırada takip ediyorlar.
Bu yatay müonlar, kalorimetrenin bütün karolarından tek sütun halinde geçiyor ve bilim insanları bu sayede verinin doğru şekilde toplandığından emin olabiliyorlar.
Fizikteki yeni kurallar için hazır
LHC tümden ayarlandığı ve çalışmaya hazır olduğu zaman, protonları en yüksek enerji seviyelerinde hızlandırıyor ve onları birbirleriyle çarpışmaya doğru itiyor.
Testler 10.’cu haftaya kadar geldiğinde, yeni bir veri toplama dönemi başlıyor ve yeni keşiflerin hayalini de beraberinde getiriyor.
Yazar: Riccardo Maria Bianchi/The Conversation. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
