Maddeyi oluşturan temel parçacıkları inceleyen parçacık fiziği bilimi, deneysel çalışmalar vasıtasıyla önemli gelişmelere sahne oluyor. Ancak bu sahne dünya insanları için oldukça pahalı olmaktadır. Çünkü parçacıkların gözlenebilmesi için çok büyük enerjiler gerekmekte. Parçacık hızlandırıcıları adı verilen deneylerin yapıldığı yerlerde büyük enerjilerle parçacıklar hızlandırılarak çarpıştırılır ve daha temel parçacıklar gözlenmeye çalışılır. Büyük enerji demek de büyük bir maddi külfet demektir. Bu yazı içerisinde ise bu tür çalışmaların yapıldığı belli başlı araştırma merkezlerinden bahsedeceğiz.
Parçacık fiziği alanında uluslararası alanda önemli laboratuvarlar:
Brookhaven Ulusal Laboratuvarı
Amerika Birleşik Devletleri Long Island’da yer alan Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nın (Brookhaven National Laboratory), ana tesisi Relativistik Ağır İyon Çarpıştırıcısıdır (Relativistic Heavy Ion Collider). Bu çarpıştırıcıda ağır iyonlar çarpışırlar örneğin altın iyonları ve kutuplaştırılmış protonlar. Dünya’nın ilk ağır iyon çarpıştırıcısı olma özelliğini de taşır ve Dünya’nın tek kutuplaştırılmış proton çarpıştırıcısıdır.
Budker Nükleer Fizik Enstitüsü
Rusya’da Novosibirsk bölgesinde nükleer fizik alanında çalışmalar yapan Budker Nükleer Fizik Enstitüsü (Budker Institute of Nuclear Physics), dünyanın önemli ileri nükleer fizik laboratuvarlarından biridir. Enstitüyü 1959 yılında Gersh Itskovich Budker kurmuştur. 1977 yılında Budker öldükten sonra enstitüye Budker Akademisi adı verilmiştir. 1961 yılında Enstitü’nün ilk parçacık hızlandırıcı VEP-1 inşa edilmiştir. Daha sonraları VEPP-4M adıyla elektron-pozitron çarpıştırıcısı, gasodinamik plazma tuzağı üzerine VEPP-2000 çarpıştırıcısı yapılmıştır. Ayrıca CERN’de yapılacak olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı deneyine BINP yani beamline mıknatısları kapsayan ekipmanları ile doğrudan katkı sağlıyorlar.
Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi
CERN açık adıyla Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi, İsviçre – Fransa sınırında Genova üzerine kurulu dünyanın en önemli araştırma merkezlerinden biridir. Günümüzdeki ana projeleri LHC (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) deneyidir ve 2008 yılında ilk deneylerini yapmaya başladı. İçine aldığı projeler de var örneğin Büyük Elektron Pozitron (Large Electron Positron – LEP) çarpıştırıcısı projesi LHC projesinin zamanında yetiştirilemeyeceği düşünülerek 2001 yılında durduruldu. Ancak Süper Proton Senkrotron* (Super Proton Synchrotron) projesi CERN için başka büyük bir projedir ve 2015 yılında Super-SPS adını alması öngörülüyor. 2012 yılı içinde Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi 8 TeV enerji değerine ulaşarak bu alandaki en yüksek enerji değerine ulaşan laboratuvar oldu.
CERN’in Bilimsel Başarıları
- Gargamelle kabarcık odasının içinde nötral akımın (neutral current) keşfi, 1973 yılı.
- UA1 ve UA2 deneylerinde W ve Z bozonlarının keşfi, 1983 yılı.
- Z bozonun en yoğun olduğunda (peak) Büyük Elektron Pozitron Çarpıştırıcısı’nda nötrino ailelerinin sayısı tespit edildi, 1989 yılında.
- PS210 deneyinde ilk kez karşıt hidrojen (antihidrojen) atomları oluşturuldu, 1995 yılında.
- NA48 deneyinde doğrudan CP bozumu (CP violation) keşfedildi, 2001 yılında.
1984 Nobel Fizik Ödülünü CERN araştırmacıları Carlo Rubbia ve Simon van der Meer, W ve Z bozonlarının keşfine yol açan gelişmelerden dolayı aldılar.
1992 Nobel Fizik Ödülünü CERN araştırmacısı Georges Charpak parçacık dedektörlerinin geliştirilmesi ve icat edilmesinden dolayı aldı.
CERN'de gerçekleştirilen LHC deneyinin yer altında kalan bölümünü gösteren fotoğraf.
Alman Elektron Senkrotronu
Alman Elektron Senkrotronu, Almanya’nın Hamburg kentinde yer alan parçacık fiziği araştırma merkezidir. Bilim dünyasında DESY olarak bilinir. DESY, 18 Aralık 1959 yılında kurulmuştur. Ocak 2005 verilerine göre DESY’in uluslararası projesi HERA’da 33 ülkeden 2900 bilim insanı çalışmaktadır. HERA projesinde elektronlar veya pozitronlarla protonlar çarpıştırılıyor. DESY içerisinde bir çok önemli laboratuvar bulunmaktadır.
DESY’in projeleri arasında Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı (International Linear Collider) projesi de yer almaktadır. Bu proje 20-40 kilometre uzunluğunda doğrusal hızlandırıcıdan oluşuyor. Teknolojik açıdan TESLA projesine benzese de bu projenin geliştirilmiş hali olduğu söylenebilir.DESY’in planları arasında X ışını laseri de var, Avrupa X-ray Serbest Elektron Laseri (European x-ray free electron laser) projesi 3 km uzunluğa ulaşıldığında biteceği varsayılıyor.
Fermilab
Amerika Birleşik Devletleri’nde Chicago’da kurulu olan Fermilab’da ana tesis Tevatron’dur. Tevatron tesisinde protonlar ve antiprotonlar çarpıştırılır ve şimdilik dünyanın enyüksek enerjili parçacık çarpıştırıcısıdır. Tevatron parçacık hızlandırıcısı 6,28 km’lik bir dairesel hızlandırıcıdır.
Tevatron'un 6.28 km'lik dairesel hızlandıcırısı
Fermilab, Illinois Teknoloji ve Araştırma Geçiti’nin bir parçacısıdır. Amaerika Birleşik Devletler dışında Kanada, Japonya ve Italya’dan araştırmacılar yer almaktadır.
Fermilab, Uluslararası Doğrusal Çaprıştırıcı için önerilen potansiyel sitelerden biridir.
Yüksek Enerjili Hızlandırıcı Araştırma Organizasyonu
KEK, Yüksek Enerjili Hızlandırıcı Araştırma Organizasyonu, Japonya’nın Tsukuba şehrinde faaliyet gösteren yüksek enerji fiziği araştırmaları organizasyonudur. İki önemli hızlandırıcıları mevcuttur. Biri 12 GeV’luk Proton Senkrotronu diğeri ise KEKB elektron-pozitron çarpıştırıcısıdır. KEKB elektron-pozitron çarpıştırıcısında Belle deneyleri yapılmaktadır.
Ayrıca Hızlandırıcı Deneme Tesisi (Accelerator Test Facility)’ni de kapsar ve K2K deneylerinde nötrinoların kaynağı üzerine çalışmalar yapılmaktadır. Tokaimura’da yapımı süren J-PARC proton hızlandırıcısı projesi de KEK’in kapsamına alınarak birleştirilmiştir.
Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi
SLAC'tan bir kesit
SLAC, Amerika Birleşik Devletleri’nde Palo Alto sınırında faaliyetlerini sürdürmektedir. Ana tesisi PEP-II’dir. Bir elektron ve pozitron çarpıştırıcısıdır. Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi (SLAC) Stanford Üniversitesi tarafından yürütülmektedir. SLAC araştırma programı merkezinde deneysel ve teorik temel parçacık fiziği araştırmaları yapılmaktadır ve bu araştırmalar elektron ışınlarının kullanımı ve atom ve katıhal fiziği, kimya, biyoloji ve tıp alanlarındaki kullanımları üzerine devam etmektedir. Yer altında 3,2 km uzunluğunda dünyanın en uzun doğrusal hızlandırıcısına sahip SLAC.
Nobel ödülü alan SLAC araştırmaları,
- 1976 yılında çekici (tılsımlı) kuarkın üretimi üzerine yapılan çalışma
- 1990 yılında proton ve nötronların kuarktan oluştuğuna dair yapılan çalışma
- 1995 yılında ise tau leptonun bulunması nobel ödülünü getirmiştir.
Başka parçacık hızlandırıcıları ile ilgili araştırma merkezleri de dünya üzerinde faaliyetlerini sürdürmektedir.
Türkiye’de Parçacık Fiziği Araştırmaları
Ülkemizde parçacık fiziği alanında çalışmalar da yapılmaktadır. Genellikle teorik çalışmalar olsa da son zamanlarda deneysel çalışmalar için araştırmacılarımız yurt dışındaki bu araştırma merkezlerinde yapılan çalışmalara katılmaktadırlar. Örneğin Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’nde yapılan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı deneyinde bir çok Türk araştırmacı ve bilim insanımız görev almaktadır.
Son zamanlarda ise ülkemizde Türk Hızlandırıcı Merkezi ve daha ileride de kurulması planlanan Sinop Teknoloji Merkezi’nde bir parçacık hızlandırıcısı ile parçacık hızlandırıcısı eğitim enstitüsü planlar arasında yer almaktadır.
Bu parçacık fiziği laboratuvarlarında konu edilen atom altı parçacıkları daha yakından tanımak için yazımızı okuyabilirsiniz: http://www.kuark.org/2012/04/atom-alti-parcaciklar/
Hazırlayan: Gökhan Atmaca | http://twitter.com/kuarkatmaca / Tarih: 06.06.08
Kuark Bilim Topluluğu
*Senkrotron: Parçacık hızlandırıcısı
Kaynaklar:
- http://en.wikipedia.org/wiki/Particle_physics#Experiment
- http://en.wikipedia.org/wiki/CERN
- http://public.web.cern.ch/Public/Welcome.html
- http://en.wikipedia.org/wiki/KEK
- http://en.wikipedia.org/wiki/Budker_Institute_of_Nuclear_Physics
- http://en.wikipedia.org/wiki/SLAC
- http://www.slac.stanford.edu/
- http://en.wikipedia.org/wiki/Gargamelle
- http://en.wikipedia.org/wiki/CP-violation
- http://en.wikipedia.org/wiki/Proton_Synchrotron
- http://en.wikipedia.org/wiki/DESY
- http://en.wikipedia.org/wiki/Fermilab
