Herkese merhabalar… Bu ay sizlere pozitif bilimin kalbinin attığı mekanların en önemlisi CERN’den (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) ve araştırmalarından bahsetmek istiyorum.
CERN, Fransa-İsviçre sınırı üzerinde, yerin 100 metre altında kurulu büyük bir araştırma merkezidir. Bu merkez 27 km uzunluğunda LHC (Large Hadron Collider - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) ile parçacık deneylerini gerçekleştirmeyi amaçlamaktadır. Kilometrelerce uzunluktaki bu devasa çarpıştırıcıda deneyleri incelemek için ATLAS, CMS, ALICE ve LHCb adında dört dedektör bulunmaktadır. Şimdi bu dedektörlerin inceleyeceği deneylere göz atalım.
ATLAS: Birçok temel parçacığı araştıracak.
CMS: Higgs bozonunu avlayacak. (Maddeye kütle kazandıran parçacık olduğu düşünülüyor.)
ALICE: Ağır iyonların çarpışmalarını inceleyecek.
LHCb: Taban kuark içeren ağır parçacıkların p hadronundaki etkileşimler sonucu maruz kaldıkları CP bozunumu ile ilgili parametreleri ölçecek.
Peki, bu deneyler başarılı bir şekilde sonuçlanırsa ne gibi sorular aydınlığa kavuşacak birkaçına göz atalım.
1) Evren nasıl meydana geldi?
2) Madde - karşıt madde arasındaki ilişki ve madde, karşıt maddeyi yenerek nasıl varlığını sürdürdü?
3) Maddeye kütle verdiği tahmin edilen Higgs parçacığı gerçekte var mıdır?
Bu sorular deneylerin sadece belirli bir kısmını ihtiva etmektedir. Bunlar yanıtlanabilirse fizikçilerin kutsal kitap gibi inandığı Standart Model‘de büyük değişiklikler gerçekleşecektir.
Evren nasıl meydana geldi?
Evrenin meydana gelişi hakkında felsefede birçok kuramlar yaratıldı. Pozitif bilim ise bu soruya cevap veremiyordu. O yüzden evrenin sonsuzdan beri var olduğu ve var olacağı (Sabit Durum Teorisi) kabul görmekteydi. Ta ki; Edwin Hubble, California Mount Wilson Gözlemevi’nde, teleskobuyla birtakım ilginçlikler görene kadar.
Hubble, yıldızları incelerken uzaklıklarına bağlı olarak kızıla kaydığını fark etti. Halbuki, gözlemin yapıldığı noktaya doğru hareket eden ışıkların tayfı, mor yöne doğru kaymalıydı. Demek ki; bu cisim, gözlemciden zaman aktıkça uzaklaşmaktaydı. Galaksilerin sadece bizim galaksimizden değil, birbirlerinden de uzaklaştığını fark ederek evrenin genişlediği sonucuna vardı.
Evrendeki bu genişlemeden yola çıkarak zamanı geriye alalım, galaksileri yakınlaştıralım ve giderek evreni küçültelim. Hatta filmi daha da geri sarıp o kadar yakınlaştıralım ki; artık bütün evren tek bir noktaya dönüşsün. O noktada kütleler yaklaştıkça artan çekimi düşünürsek muazzam bir çekim olacaktır ki, o çekim de hacmi sıfırlayacaktır. Evrenin, bu noktanın patlaması yani “Big Bang” ile oluştuğu tahmin ediliyor. Yani evren kütlesiz, hacimsiz bir noktadan var olmuştur; bir nevi yoktan var olmak. Evrenin Big Bang ile oluştuğu hakkında bulunan kanıtlar sadece evrenin genişlemesi değildir, birçok kanıt bulunmaktadır.
Big Bang’den sonra elementler nasıl meydana geldi?
Bütün elementler Big Bang ve süpernova patlamalarından sonra oluşmuşlardır. 13.7 milyar yıl önce, evrenin ilk elementinin sadece 1 proton ve 1 nötrondan oluşan hidrojen olduğu tahmin edilmektedir. Büyük patlamalar ile 2 hidrojenin birleşmesi helyumu oluşturdu. Bu elementler kütle çekiminin etkisi ile sıkışmaya başladı ve toplanarak güneşten kütlece onlarca kat büyük gökadalarını oluşturdu. Bu gökadaları, süpernova patlamaları ile dağıldığında ortaya çıkan basınç ve sıcaklık, hidrojen ve helyum dışındaki ağır elementleri oluşturdu. Bu elementlerden en önemlisi karbon ve oksijendir. (Karbona 1 helyum eklenerek oksijen meydana geldi.)
Peki CERN’deki parçacık hızlandırıcısı (LHC) Big Bang‘i nasıl gerçekleştirecek?
Demin de bahsettiğimiz gibi hidrojenin element oluşumundaki rolü düşünülürse bu işlem için hidrojen atomları kullanılacaktır. Hidrojen atomları LHC’nin başlangıç noktasında iyonize edilerek proton ve elektronlarına ayrıştırılır. Ayrıştırılan protonların öncelikle hızlandırılması gerekiyor. Parçacıklar, manyetik alan kullanılarak havası boşaltılmış ultra vakumlu 27 km’lik bir tüpün içerisinde hızlandırılmaktadır. Başlangıç noktasında iki uca ayrılan proton demetleri halkanın diğer ucunda karşılaşarak çarpıştırılacaktır.
Bu manyetik alan nasıl oluşturulur?
Hızlandırıcı 154 çift kutuplu, 54 tek kutuplu süper iletken elektromıknatıslardan oluşmaktadır. Çift kutuplular protonları yörüngede tutarken dört kutuplular da proton demetlerini odaklamaktadır. Mıknatısların süper iletkenliğe sahip olması için saç telinin 10‘da 1’i kadar kalınlıkta ve 220.000 km uzunluğunda (ekvatorun etrafını 5,5 kez dolaşabilirsiniz) niobyum-titanyum telinden yapılmıştır.
Mıknatıslar neden süper iletken yapılmaya çalışıldı?
Mıknatıslar süper iletken olurlarsa en büyük kuvvetle parçacıkları hızlandıracak, 27 km mesafede ışık hızına ulaşabilecekti.
Telin süper iletken olması o kadar kolay değildi, haftalarca bir süreç isteyen işti. Deneyden önce mıknatıslar -273 °C‘ye kadar soğutulmalıydı. LHC’nin en zorlu işlemlerinden biri de bu soğutma işlemidir. Ayrıca bu işlem ile biz LHC’ye evrenin en soğuk yeri diyebiliriz.
Kötü sürpriz!!!
Bütün bu hazırlıklardan sonra mıknatıslardan biri 20 atm‘lik basınca dayanamadı. Elektrik bağlantısında bir hasar meydana geldi. Daha sonraki tarihlerde de helyum sızıntısı tespit edildi. Çalışmalara bir süre ara verildi.
Bu deney, bilim dünyası için her ne kadar dönüm noktası kabul edilse de deneyi desteklemeyen çevreler, deney sırasında çarpışmadan dolayı mini karadeliklerin oluşacağını ve bu karadeliklerin saniyenin onda biri gibi kısa bir sürede, bir daire kadar büyüyerek CERN’den başlayarak etrafını yutacağını ileri sürmüştür.
Deneyi düzenleyen bilim adamları ise bu söylentilerin asılsız olduğunu vurgulayarak “Doğa bugüne dek bu deneyi yaklaşık 100 bin kez yapmış ve gezegenler hala ayakta” şeklinde kendini savunuyor. Aslında deneyde karadelik oluşmasının mümkünatı bile olamayacağı düşüncesi hakim.
“Neymiş bu karadelik meselesi, anlayalım.” derken onu da bir dahaki aya saklamak istedim. Karadelik kuramı ile bir dahaki aya görüşmek üzere, hoşçakalın.
Kaynaklar:
