Bu yazımda sizlerle CERN Parçacık Fiziği Atölyesi hakkındaki deneyimlerimi paylaşacağım. Öncelikle bu etkinlikten nasıl haberim olduğundan bahsedeyim. Bazı üniversitelerin haber bültenlerine kaydolduğum için bu tarz etkinliklerin bilgilendirmesi e-mail adresime geliyor ve bu sayede haberdar olabiliyorum. Eğer sizin de bu tarz etkinliklere ilginiz varsa haber bültenlerine kaydolabilirsiniz. Ben de Özyeğin Üniversitesi’den gelen e-postayı görünce çok heyecanlandım ve ilgimi çektiği için başvurdum. Çünkü Cern’de yapılan deneyleri hep merak etmişimdir ve bu deneylerle bu kadar yakından haşır neşir olmak beni çok mutlu edecekti. Gönderdiğim başvuru formuna birkaç hafta sonra geri dönüş aldım ve kabul edildiğimi öğrendim. Bu sayede parçacık fiziği maceram başlamış oldu.

Özyeğin Üniversitesi evimize uzak olduğu için evden erken çıkıp kampüse de erken varmak zorunda kaldım. Saat 8:30 gibi kampüsteydim fakat etkinlik 9:30′ da başlayacaktı. O süre boyunca birbirimizi tanıdık ve etkinlikte kullanacağımız bilgisayarları alıp ayarlarını yaptık. Etkinlik süresince iSpy ve CIMA adı verilen iki program kullandık. Bunların ne işe yaradığını yazımın ilerleyen bölümlerinde açıklayacağım.

Saat 9:55’te  Yrd. Doç. Dr. Bora IŞILDAK ve Yrd.Doç. Dr. Alper HEYRETER ile derse başladık. Öncelikle artık bilimin eskisi gibi gözlem ağırlıklı ilerlemediği daha çok gözlem sonucunda elde ettiğimiz verilerin bize birçok şey anlattığı ve bizim bunları anlamlandırmaya çalışmamızla bu işin yürüdüğü hakkında konuştuk. Daha sonra fiziğin tarihi ile ilgili küçük bir video izledik ve teorik parçacık fiziğini öğrenmek için derse başladık. İlk önce parçacık fiziğinin en temel sorusuna (Doğanın en temel parçağı nelerdir? ) cevap verdik: Moleküller atomlardan; atomlar çekirdek, elektron, proton ve nötronlardan oluşur. Aynı zamanda proton ve nötrona kuarklar da dendiğini öğrendik. Sonra fermiyonlar ve bozonların özelliklerini, farklarını konuştuk. Fermiyonlar ikiye ayrılır: kuarklar ve leptonlar. Leptonlar 2’şer aile şeklindedirler ve görebildiğimiz her şey aslında 1. aile yani en hafif leptonlardan oluşmuştur. Bir kuark olan foton ve gluon ise kütlesiz ışık hızında hareket edebilen parçacıklardır.

 

Parçacıkları tanıdıktan sonra aralarındaki etkileşimleri anlayabilmek için evrendeki temel kuvvetleri öğrendik. Evrende 4 çeşit kuvvet vardır. Bunlar:

  1. Elektromanyetik Kuvvet
  2. Güçlü Nükleer Kuvvet
  3. Zayıf Nükleer Kuvvet
  4. Kütle Çekim Kuvveti

Bu dört kuvvet arasından en zayıfı kütle çekim kuvveti olmasına rağmen gök cisimleri arasında kütle çekim kuvveti bulunur. Bunun nedeni gök cisimleri neredeyse yüksüz olduklarından birbirlerine sadece kütleleriyle kuvvet uygulayabilirler. Teorik parçacık fiziği dersimiz bittikten sonra minik bir ara verip deneysel parçacık fiziği dersimize başladık.

Bu ders daha çok öğleden sonra yapacağımız alıştırmalarda olayları inceleyip anlamak içindi. Derste genel olarak parçacıkların nasıl bozunup birleştiğini öğrendik. İlk önce Cern’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın (LHC) bölümlerini , nasıl maddelerden yapıldığını ve parçacıklar saçılınca bunları nasıl veriye dönüştürdüğünü öğrendik. LHC içten dışa doğru silikon iz sürücü, elektromanyetik kalorimetre, hadronik kalorimetre, süperiletken mıknatıs ve en dışta muon dedektörlerinden oluşur.

Hidrojenden koparılan protonlar çok hızlı şekilde döndürüldükten sonra çarpışıyorlar ve parçacıklar saçılıyor. Saçılan bu parçacıklar bir enerji yayıyor ve tiplerine göre LHC’nin belirli kısımlarında tüm enerjilerini vererek bu enerjilerin birtakım aletler yardımıyla elektromanyetik sinyaller oluşturup bizim bilgisayardan bir akım değeri okumamızı sağlıyorlar. Bu akım değerine göre parçacığın hangisi olabileceğine karar veriliyor. LHC’nin yapısını öğrendikten sonra parçacıkların onun içindeki davranışlarını incelemeye geçtik.

Atom Altı Parçacıklar

  • Foton: Tracker yani silikon iz sürücüde iz bırakmaz, elektromanyetik kalorimetrede tüm enerjisini verir.
  • Elektron ve pozitron (elektronun anti parçacığı): Trackerda iz bırakır, elektromanyerik kalorimetrede tüm enerjisini verir.
  • Muon: Trackerda iz burakır, muon dedektörlerine kadar gider.
  • Nötrino: Dedektörde görünmez. Kayıp enerji olarak sadece tahmin edilebilir.

 

Parçacıkların dedektördeki hareketlerini inceledikten sonra bozonları tanımaya geçtik.

Bozon Çeşitleri

  1. W Bozonu: İçindeki parçacığın hareketine göre W+ veya W- olarak iki tipi vardır. Bir W bozonunun oluşması için iki durum geçerlidir. Bir elektron ve bir tane nötrino ya da bir muon ve bir nötrino birleşebilir.
  2. Z Bozonu: Bir muon ve bir anti-muon ya da bir elektron ve bir pozitronun birleşmesi ile oluşur.

Bozonların dışında son olarak Higgs parçacığını öğrendik. Higgs parçacığı iki tane Z bozonu veya iki tane fotonun birleşiminden oluşur ve özelliği parçacıklara kütle vermesidir. Parçacıkların kütlesini işte şu formülle hesaplarız:

Nötrinonun sadece x ve y eksenindeki momentumlarını biliyoruz. Z eksenindeki momentumunu bilmediğimizden onun kütlesini hesaplayamayız. W bozonu da her zaman bir nötrinoya bozunduğu için W bozonunun kütlesi hesaplanamaz. Deneysel parçacık fiziği dersimiz bitince öğle yemeği için mola verdik. Yemeklerimizi yedikten sonra bir arkadaşımızla grup olduk ve bilgisayarlarımızdan olayları incelemek için gerekli programları açtık. Bunlardan biri daha önce yukarda da bahsetmiş olduğum iSpy programı. Bu programda bir LHC simülasyonu var. Bu sayede parçacıkların saçılımını üç boyutlu olarak inceleyebiliyoruz.

CIMA ise bizim olayları inceledikten sonra hangi parçacık olduğuna karar verip onları kaydetmemizi ve bulduğumuz kütleleri bir tabloya girerek hangi kütlelerin en fazla bulunduğunu görmemizi sağlıyor.

Programları yükleyip anladıktan sonra 100 tane olayımızı incelemeye başladık. Bunun için 3 saatimiz vardı. İlk başta yavaştık fakat artık parçacıkları direkt tanıyıp ve onların hangi bozonu ya da higgs parçacığının bozunmasıyla oluştuğunu hemen anlayarak çok hızlandık ve rahatça bitirdik. Daha sonra herkes tabloya verilerini girince projektörden tabloyu açtık ve şu görüntüyle karşılaştık:

Gördüğünüz gibi 3 ve 9 etrafında çok fazla bir yoğunlaşma var. Bunlar en fazla görünen parçacıklar. 3.1 GeV/c2, kütleli jpsi parçacığı ve 9.45 GeV/c2, kütleli upsilon parçacığı. Bu parçacıklardan sonra 93’e kadar herhangi göze çarpan bir artış görülmüyor. 93’teki artışın sebebi ise Z bozonu.

Verileri kendi aramızda tartıştıktan sonra video konferans yapmak için Cern’den iki bilim insanına ve bizimle aynı anda bu etkinliği yapmış olan Hırvatistan ile İtalya’ya bağlandık. Onlar da bizim sonuçlarımıza yakın sonuçlar bulmuşlardı.

Bu etkinlik bana birçok şey kattı. Herhalde bu kadar fazla ve yoğun bilgiyi bir günde bu kadar kolay aklıma sokamazdım fakat incelediğimiz olaylar sayesinde öğrendiğimiz bilgiler çok güzel pekişti. Cern’den alınan gerçek verilerle çalışmak çok güzel bir deneyimdi ve artık günün sonunda tüm parçacıkları kolay bir şekilde, tek bakışla tanıyabiliyor olmak beni çok tatmin etti. Çünkü bu etkinliğe katılırken amacım buydu. Hatta etkinlikte sandığımdan çok daha fazla şey öğrendim. Katıldığım tüm etkinliklerde olduğu gibi bu etkinlikte de çok güzel arkadaşlıklar edindim. Eğer sizin de bu konuya ilginiz varsa ileriki tarihlerde yapılacak olan parçacık fiziği etkinliği başvuru formuna buradan ulaşabilirsiniz. Herhangi bir sorunuz olursa yorum kısmına yazarsanız cevaplamaktan mutluluk duyarım.

Bir sonraki yazımda görüşmek üzere.