EVREN NASIL OLUŞTU (CERN DENEYİ )

Post Comment

İsviçre ve Fransa sınırında yer alan, Cenevre şehrine yakın CERN(Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi), dünyanın en büyük parçacık fiziği araştırma laboratuarıdır. CERN’in kuruluş amacı, üye ülkelerin kendi bütçe olanakları ile gerçekleştiremeyecekleri araştırmaları ortak olarak yürütebilmektir. Günümüzde 56 ülkede 500 enstitüyü temsil eden yaklaşık 8000 civarında araştırmacı (dünyanın parçacık fizikçilerinin yarısı) CERN’de araştırma yapmaktadır. CERN, Nobel ödülüne de layık görülen çok önemli bilimsel buluşların yapıldığı merkezdir.

1964 yılında Peter HİGGS ve arkadaşları tarafından ortaya atılan kurama göre; evren ilk olarak büyük patlama(Big Bang) sonucunda meydana gelen parçacıklardan oluşmuştur ve oluşan bu parçacıkların tamamı kütlesizdi. Bu kütlesiz parçacıklar evrende Higgs alanı denilen bir alan içinde bulunuyorlardı. Bu alanda, içinden geçtiği parçacığa kütle kazandıran, Higgs bozonu (parçacığı) sayesinde kütleye sahip oldular. Bozulumun yavaş veya hızlı oluşumu ile madde çeşitliliği oluştu. Higgs alanını deneylerde göremeyiz fakat Higgs bozonu diğer parçacıklarla etkileştiği için CERN deneyinde görüleceği varsayılmaktadır.
Yapılan ilk çalışmalar;

CERN deneyinde, CERN’de kurulan büyük hadron çarpıştırıcıları(LHC) kullanılır. Bu çarpıştırıcılarda, 27 km uzunluğundaki dairesel yörüngede, yüksek hızlarda zıt yönde dönmekte olan proton demetleri kafa kafaya çarpıştırılır. Hareket, enerji içeren fiziksel bir olaydır. Enerji ise kütleye eşdeğerdir(E=mc2). Bu çarpışma sonucunda meydana gelen enerji, Higgs Parçacığının da yardımıyla maddeye dönüştürülmeye çalışılmaktadır.
Deneyde kullanılan foton kütlesiz ama W ve Z bozonları ağır kütleli. Oluşum için birden fazla higgs bozonuna gereksinim duyulmaktadır. Kuramsal olarak elektron ve pozitronun yok olmasıyla Higgs ve Z bozonlarının oluşması gerekir. CERN’de yapılan ilk deneyde 450 GeV hızına kadar çıkılmasına rağmen Higgs Bozonu elde edilemedi ve bilinmeyen bir nedenden dolayı hodron çarpıştırıcılarının mıknatısları eridi. Bundan dolayı deney bir yıl ertelendi. Hâlbuki teorik olarak 160-180 GeV hızda Higgs Bozonunun bulunacağı ileri sürülüyordu. Daha sonra bilim insanları 7TeV lik hızda Higgs Bozonunun bulunabileceğini ileri sürdüler.

Peki 7 TeV lik hız beklentilere cevap verebilecek mi?

Einstein’ın E=mc2 formülüne göre madde ışık hızına ulaştığında, ışığa(fotona) dönüşür. Eşitliğin her iki yanıda birbirini sağlar. Buna göre madde ışık oluyorsa ışığında madde olması gerekir.( Tabi ki arada Higgs Bozonu gibi yapıştırıcı bir aracı parçacık gerekir.)

Ama formüldeki E(enerji) miktarını ne kadar arttırırsak madde ışığa dönüşür? Artma oranı nedir?

Artma oranı; 1/sqrt(1-v2/c2) formülü ile hesaplanır. Yani cismin hızını arttırmak için vereceğimiz enerji ışık hızına yaklaştıkça parabolik olarak büyür ve ışık hızında sonsuz olur! (formülde v yani cismin hızı yerine c yazılırsa kök içi sıfır olur. Payda sıfıra yaklaştıkça sayı bölü payda sonsuza yaklaşacağından; sayı bölü sıfır sonsuzdur. Dolayısı ile verilmesi gereken enerjide sonsuz olmalıdır.) Böyle bir hız ve enerji mümkün olmadığı için 7TeV lik değil trilyon TeV lik hızla yapılsa dahi madde elde edilemez!

Işık; foton veya elektromanyetik alan olarak tarif edilir. Madde özelliğinde olmayandan madde elde etmek yoktan var etmek demektir. İstenilen maddeyi tılsımlı Higgs Bozonu parçacığı kullanılarak elde etmek yaratıcı rolünü oynamaktır. Buna hiçbir yaratılanın gücü yetmez…

Kara delikler oluşup dünyayı yutacak mı?

Kara delik, uzayda belirli nicelikteki maddenin bir noktaya toplanması ile meydana gelen bir nesnedir. Kara deliğin çekim alanı her türlü maddi oluşumun ve ışınımın kendisinden kaçmasına izin vermeyecek derecede güçlüdür. İşte CERN deneyi sonucunda bu hacimsiz yutucu nesneler oluşacak mı?


Proton-proton çarpışmasında fiziksel büyüklükleri göz önüne alarak değil; Sicim Teorisi(String theorie) hesaba katarak olaya bakarsak kara deliklerin oluşabileceğini görürüz. Kuantum mekaniği ve genel görelilik, evreni dört boyutlu uzay-zaman geometrisine yerleştirir. Sicim teorisinde ise evren, Planck ölçeğinde dokuz boyutlu uzay içinde biçimlenir. Boyut sayısı arttıkça alan şiddetini belirleyen kuvvet çizgilerinin birim yüzeyden geçen sayısı, dolayısıyla alan şiddeti artar. Proton-proton çarpışmasında kütle-çekim alan şiddeti dört boyutlu uzay-zaman geometrisindeki alan şiddetinin 256 katı kadar büyür. Eğer kapalı boyutlar yeteri derecede büyükse bu etkinin, CERN deneyinde kendisini mini kara delik olarak göstermesi gerekir.

Yapılan deney sonucunda bilim insanları, 7TeV lik çarpışmaları gerçekleştirmeyi başardılar. Ancak deney bitmesine rağmen oluşabilecek tam sonuçlar henüz gözlenebilmiş değil. Kara delik endişeleri tam olarak giderilememişken Princeton Üniversitesinden ve İngiliz Kolombiya Üniversitesinden iki bilim adamı oluşabilecek kara deliklerin etkilerini hesaplamayı başardı. Hesaplamaları yapan Matthew Choptuik(UBCV) ve Frans Pretorius(Princeton üniversitesi) çeşitli enerji seviyelerindeki çarpışmalarla ilgili olarak önemli hesaplamalar yaptı. Yaptıkları çalışmalarla ilgili olarak: “Aslında hesaplarımız sonucunda pek çok bilim insanının beklediği sonuçlara ulaştık; ancak daha önce bu hesaplamaları hiç kimse yapmamıştı.” açıklamasını yapan bilim adamlarına göre bu deneyler sonucunda ortaya pek çok kara delik çıkması bekleniyor. Fakat bu kara deliklerin etkisi hiçbir tehlike oluşturmayacak kadar düşük görünüyor. Choptuik’e göre bu kara deliklerin pek çoğu gözlenemeyecek kadar küçük boyutlarda gerçekleşip sona erecektir.

CERN’ de ilk kez kurşun iyonları çarpıştırıldı;

Evrenin sırları anlaşılmaya çalışılıyor!
Bu yüzden CERN’de protonlar çarpıştırılıyordu. Proton çarpıştırmaları sonucunda da yeni fizik yasalarına dair kanıtlar aranıyor. Ayrıca yapılan deneylerde çarpıştırma sonrası oluşan alt parçacıkların neler olduğu belirlenmeye çalışılıyor. Bu sayede kuramsal düzeyde açıklaması yapılmış olan parçacıkların veya önerme düzeyindeki mikro güçlerin varlığı saptanmaya çalışılıyor.
Son olarak yapılan çalışmalarda ise, ilk kez ağır iyonlar çarpıştırıldı. Deney sırasında güneşin merkez sıcaklığının bir milyon katı sıcaklığa ulaşıldığı ifade ediliyor. Kurşun iyonlarının çarpıştırılmasından elde edilen verileri inceleyen uzmanlar, parçacıkların birbirlerine çarptığında her bir çarpışmanın meydana getirdiği mini patlamaları çözümlemeye çalışıyor. Bu çözümlemelerle, yaklaşık olarak 14 milyar yıl önce olduğu tahmin edilen Büyük Patlama’nın(Big Bang) meydana geldiği anın hemen sonrasındaki koşullar anlaşılmaya çalışılıyor. Ayrıca yıldızların ve gezegenlerin kökenini, kara enerjinin ne olduğunu, kara maddenin yapısı gibi sırların aydınlatılacağı umuluyor.

8 KASIM 2010, CENEVRE

CMS(Compakt Muon Solenoid) deneyi, CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda(BHÇ) ilk defa gerçekleştirilen kurşun atomlarının çarpışmalarını gözledi. İki kurşun atomunun, nükleon çifti başına 2,76 TeV lik kütle merkezi enerjisinde oluşan bu çarpışmalarının gerçekleştirilmesi aynı zamanda ağır iyon araştırma programının da başlaması anlamına gelmektedir. Tüm dünyadaki fizikçiler daha önce çok yüksek enerjili Ağır İyon Çarpıştırıcısı’nda(RHIC, Brookhaven,ABD) ulaşılan enerjiden 14 kat daha yüksek enerjide gerçekleştirilen bu çarpışmalarda bir çok yeni olgunun gözlenmesi ve birçok yeni ölçüm sonucunun çıkması bekleniliyordu.
BHÇ Kontrol Merkezi, 8 kasım da ağır iyon demetlerini düzenli olarak çarpıştırdıklarını bildirdi. Bu çarpışmalar anında CMS tarafından gözlendi. Her bir çarpışmada oluşan binlerce parçacığın izleri CMS silikon dedektörleri ile belirlenirken, enerjileri de kalorimetre ile ölçüldü. Çok kısa sürede veriler çözümlenerek bu çalışmaların ilk görüntüleri elde edildi.

13 Aralıkta CERN bilim insanları parçacıklara kütlelerini verdiği düşünülen ve ‘’Higgs Bozonu’’ adlı atom altı parçacığının izini bulduklarını ancak elde edilen verilerin keşif olarak nitelendirilemeyeceğini açıkladı.
Chi_b(3P) olarak adlandırılan yeni parçacık, Higgs Bozonu’ndan farklı olarak iki kısımdan oluşuyor. ‘’Alt tanecik’’ diye bilinen temel parçacık ve o parçacığın karşı taneciği. Bu iki tanecik bir araya geldiğinde atom çekirdeklerini bir arada tutan gücü oluşturuyor. Chi_b(3P), BHÇ’nin bulduğu ilk parçacıktır.

                                                                     Selahattin AYDEMİR
                                                                     Kamuran GÜNENC                          2012 - 2013 


Tags:

Share:

0 yorum