PDA

Orijinalini görmek için tıklayınız : a. Giriş



ByRoSa
21-07-2009, 13:31
Biliyoruz ki eski çağlarda insanların yarattığı en masraflı büyük harikalar Firavunlar için mezar olan piramitler olmuşlardır. Orta çağlarda da büyük ve ihtişamlı binalar dikkatleri çekmiş ve bunlar arasında da Hıristiyan katedralleri ön plana çıkmışlardır. Şimdilerde ise gelişmiş teknoloji dünyasında en büyük ve en pahalı projeler yüklü parçacıkları hızlandıran çok büyük kurgulardır, yani hızlandırıcılardır. Dünya medyası Eylül ayının ortalarında (ayın 10 dan başlayarak) günlerinde İsviçre ve Fransa’nın sınırında, dünyanın en büyük hızlandırıcısının işe başlamasını bol bol konuştu ve yazdı. Çünkü bu, dünyanın en pahalı bilimsel projesidir ve maddenin temelini (derinliklerini) anlamak için en büyük atılım olabilir. Doğal olarak Türkiye medyası da buna ve sonra diğer bir olaya daha geniş yer verdi. Bu diğer olay, bir Alman’la evlenen Türk’ün ailesinin Türkiye’ye döndükten sonra hanımının ve kızının dinlerinden vazgeçerek Müslüman olmasıydı. Biz fizikçi olduğumuz için elbette ki hızlandırıcılar konusunda okurlarla bilgilerimizi paylaşmayı daha uygun bulduk. Hızlandırıcılarda elektronlar ve protonlar gibi yüklü parçacıklar hızlandırılırlar. Elektrik yükü olmayan veya elektrik yükü olup da, çok kısa ömürlü olan parçacıkları ise hızlandırmak mümkün değildir; zira hızlandırma elektrik ve manyetik alanlarla elde edilir. Diğer yandan kısa ömürlü yüklü parçacıklar demetini oluşturmak hem çok zordur, hem de bilimsel açıdan pek anlam taşımazlar. Elektronların ise kütleleri protonun kütlesinden yaklaşık 2000 defa az olduğu için onları hızlandırmak daha kolaydır. Çünkü kütle ile ivme ters orantılıdır ve bunu zaten ortaokul öğrencileri de bilirler.Yani kütle azaldıkça ivme artacaktır. Bu açıklamayı onların öğrendiği şekilde yaptık ama aslında Newton bu meşhur ifadesini F=dP/dt (1)biçiminde vermiştir. Oysa orta eğitim okullarında büyük hızlarda ve değişken ivmeli durumlarındageçerli olmayan şekliyle F=ma olarak verilmektedir. Yukarıda F parçacığa etki eden net kuvvet, P momentumu, m kütlesi, a ivmesi ve t hızlandırma(yavaşlatma) süresidir. Aslında hızlandırıcılara çoğumuz yabancı değiliz. Yaklaşık seksen yıldır bilim adamları farklı türde hızlandırıcılar yapmakta ve kullanmaktalar. Hatta eskiden beri evlerimizdeki cihazların içinde de bir sürü küçük hızlandırıcılar vardır. Örneğin radyo ve televizyon içindeki lambalar, TV ve bilgisayar ekranlarının tüpleri gibi. Ayrıca bilimsel laboratuarlarda ve hastanelerin onkoloji bölümlerinde de küçük elektron hızlandırıcıları vardır. Yani bunlarla az çok tanışığız. Son zamanlarda popüler hale gelen hızlandırıcılardan biri, çok önceleri Sovyetler Birliği’nde de en büyük olan; proton ve elektron hızlandırıcısı, Moskova’dan yaklaşık 200 km uzaklıktaki Protvino kasabasında kullanılıyordu. Çember biçiminde olan bu hızlandırıcının çapı 3 kilometreydi. Deneyler yapmak için birçok laboratuar çember üzerinde bazı yerlere yerleştirilmişlerdi ve bunların her biri büyük fabrikalara benziyorlardı. Bu kasabada yaklaşık yirmi bin insan yaşıyor ve buradaki ailelerin hiç olmasa bir üyesi hızlandırıcıya bağlı birimlerden birinde çalışıyordu. Ben de bir hafta orada bulunmuştum. Protvino hızlandırıcısında en uzun süre (yaklaşık 20 yıl) çalışan Azeri arkadaşımın yardımı ile laboratuarlarla tanıştım. Rafik Rzayev zayıf etkileşme konusunda, büyük elektron hızlandırıcısında çalışarak doktor, doçent ve profesör olmuş tek Azeri’ydi ve ne yazık ki profesör unvanını aldığı yıl, genç yaşlarda ölmüştü. Rafik bey Prof. Gershtein’in takımında çalışırdı ve ölmeden önce, Gershtein’dan onun çok iyi çalıştığını duymuştum. İsviçre ile Fransa sınırında (Avrupa nükleer araştırma merkezinin arazisinde) yerleştirilen yeni hızlandırıcının adı “Large Hadron Collider” dir. Hızlandırıcının yerin yüz metre altına yerleştirilen çember biçiminde tünelinin uzunluğu 26.65 km dir. Bu tünelin içinde hızlandırılan parçacıklar demetinin hareketi için iki ayrı boru vardır. Boruların birindeki parçacıklar demetleri saat dönüş yönünde çevrilirken, diğer borudakiler ise tersi yönüne hareket ettirilirler. İlkin proton demetleri ayrı düzenekde oluşturulur, hızlandırılır ve LHC borularının içine yöneltilirler. Sonra bu demetler büyük hızlandırıcının borularının içinde ışık hızına kadar hızlanmaya devam edilirler. Bu boruların dışında, tünel boyunca birbiri ardına çok güçlü elektrik akısı ile çalışan manyetik yönelticiler konulmuştur. Buradaki manyetik yöneltici sayısı 7 bindir. Elektromanyetik alanda yüklü parçacıklar hızlanırken, hem demet şekillerini korur hem de hedefe yöneltilirler. Bu iki borudaki proton demetleri sekiz yerde kesişebilir ve bu bölgelerde demetler gerektiği zamanda karşı karşıya getirilerek çarpıştırılırlar. Tünelin içindeki cihazların ekonomik ve bilhassa hassasiyetle (dakik) çalışması için içerisi sıvı Helyum sıcaklığına (eksi 271.40 C = 1.90 K) kadar soğutulmuş olarak tutulur. Bildiğiniz gibi, bu kadar soğuk ortamda bütün elektrik telleri süperiletken halindedir. Parçacıkların hareket ettikleri yollar ise yüksek derecede vakumlanmış (havası boşaltılmış) haldedir. Aşağıda hızlandırılmışparçacıkların enerjilerinden bahsedilecek, bu nedenle bazı bilgileri okura hatırlatmakta fayda görüyoruz. 1 eV enerji, bir elektronun veya protonun, potansiyel farkı 1 V olan elektrik alanı geçtiğinde kazandığı veya kaybettiği enerjiye denir. 1J = 6.24 1018 eV 1eV= 1.6 10-19J



Enerji, Boltzmann sabitinin (k = 1.38 10-16 erg/derece) mutlak sıcaklıkla çarpımıyla da ölçülür: E = kT. Hatta ciddi kitaplarda k arada dolaşmasın diye sıcaklığı derecelerle değil, enerji birimlerinde ölçüler. Bu çerçevede

1 0K = 0.86 10-4 eV 1eV = 1.16 104 0K olduğunu da belirtelim. Parçacık, çekirdek ve yüksek enerji fiziğinde genelde aşağıdaki enerji birimleri kullanılmaktadır:

1 KeV = 103 eV 1 MeV = 106 eV 1 GeV = 109 eV 1 TeV=1012 eV 1PeV =1015 eV 1EeV=1018 eV