Büyük Hadron Çarpıştırıcısı
Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık hızlandırıcısıdır. Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN) tarafından inşa edilmiştir. Yeraltında inşa edilmiş dev bir dairesel tüneldir. Tünel 17 mil (27 kilometre) uzunluğunda ve yerin 50 ila 175 metre altındadır. İsviçre ve Fransa sınırının altında yer almaktadır. 100'den fazla farklı ülkeden 10.000 bilim insanı ve mühendisin birlikte çalıştığı bu projenin yapımı 10,4 milyar İsviçre Frangına (10 milyar dolar) mal olmuştur. Şu anda dünyanın en büyük ve en karmaşık deneysel araştırma tesisidir.
Adından da anlaşılacağı üzere, LHC'deki araştırmalar hadronların çarpıştırılmasını içermektedir. Hadron, atom altı güçlü kuvvet tarafından bir arada tutulan bir dizi kuarktan oluşan bir parçacıktır. Protonlar ve nötronlar hadron örnekleridir. LHC, deneylerinde öncelikle protonların çarpışmasını kullanır. Protonlar atomların pozitif yüklü parçalarıdır. LHC bu protonları tünel boyunca neredeyse ışık hızına ulaşana kadar hızlandırır. Farklı protonlar tünel boyunca zıt yönlere yönlendirilir. Çarpıştıklarında, erken evrene benzer koşullar yaratırlar.
LHC, temel parçacıkları ve bunların etkileşim yollarını incelemeye çalışır. Araştırmacılar bunu kuantum fiziği hakkında bilgi edinmek için kullandılar ve uzay ve zamanın yapısı hakkında çok daha fazla şey öğrenmeyi umuyorlar. Araştırmacıların yapabilecekleri gözlemler, büyük patlamadan sonraki milisaniyeler içinde evrenin nasıl olabileceğini öğrenmemize yardımcı olabilir.
CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Haritası
Nasıl çalışır
LHC, protonlarını elde etmek için Hidrojen atomlarını iyonize eder. Bir Hidrojen atomu sadece bir proton ve bir elektrondan oluşur. Atomları iyonize ettiklerinde, net bir pozitif yük vermek için bir elektronu çıkarıyorlar. Hidrojen protonları daha sonra elektromıknatıslar tarafından çember boyunca yönlendirilir. Mıknatısların yeterince güçlü olabilmesi için havanın çok soğuk olması gerekir. Tünelin içi sıvı helyum ile soğutuluyor. Sıcaklığı mutlak sıfırın hemen üzerinde tutarlar. Protonlar ışık hızına yakın bir hızla birbirlerine çarpar ve E=mc2 kullanılarak enerjiye dönüştürülür. Daha sonra tersine döner ve kütle oluşturur. Çarpışma bölgesinde dört kat dedektör vardır. Patlama her katmandan geçer ve her dedektör reaksiyonun farklı bir aşamasını kaydeder.
Parçacıklar birbirlerine çarptıklarında, enerjileri birçok farklı parçacığa dönüşür ve hassas dedektörler oluşan parçaların kaydını tutar. Bilim insanları dedektör verilerine dikkatle bakarak parçacıkların nelerden oluştuğunu ve parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini inceleyebilir. Bazı parçacıkları tespit etmenin tek yolu budur çünkü onları oluşturmak için çok yüksek enerjiye ihtiyaç vardır. LHC'nin parçacık çarpışmaları gereken enerjiye sahiptir.
LHC'nin üç ana bölümü vardır. Parçacık hızlandırıcı, dört dedektör ve Izgara. Hızlandırıcı çarpışmayı yaratır, ancak sonuçlar doğrudan gözlemlenemez. Dedektörler bunu kullanılabilir verilere dönüştürür ve Grid'e gönderir. Grid, araştırmacıların verileri yorumlamak için kullandıkları bir bilgisayar ağıdır. Normal masaüstü bilgisayarlarla dolu 36 farklı ülkede 170 lokasyon bulunmaktadır. Tüm bu bilgisayarlar birbirine bağlıdır ve birlikte bir süper bilgisayar gibi hareket ederler. LHC'nin Grid'i şimdiye kadar yapılmış en güçlü süper bilgisayar olarak kabul ediliyor. Bilgisayarlar işlem gücünü ve veri depolama alanını paylaşıyor.
Grid çok güçlüdür, ancak dedektörlerden aldığı verilerin yalnızca yüzde birini alabilmektedir. Sınırlılıkları, daha hızlı bilgisayarlar yapmak için LHC'nin kuantum mekaniği hakkında bize öğrettiklerini kullanabilecek kuantum bilgisayarlar yaratma girişimlerini motive etti.
Bilim insanları, Standart Model tarafından var olduğu öngörülen bir parçacık olan Higgs bozonunu bulmak için LHC'yi kullandılar.
Bazı insanlar LHC'nin bir kara delik yaratabileceğini ve bunun çok tehlikeli olacağını düşünüyordu. Endişelenmemek için iki neden var. Birincisi, LHC'nin her gün Dünya'ya çarpan kozmik ışınların yapmadığı hiçbir şeyi yapmaması ve bu ışınların kara delikler yaratmamasıdır. İkinci neden ise LHC kara delikler oluştursa bile bunların çok küçük olacağıdır. Bir kara delik ne kadar küçükse ömrü de o kadar kısa olur. Çok küçük kara delikler insanlara zarar vermeden önce buharlaşır.
LHC ilk kez 10 Eylül 2008'de kullanıldı, ancak soğutma sistemi bozulduğu için çalışmadı. Yüklü parçacıkları hareket ettirmeye yardımcı olan mıknatısların soğuk olması gerekir. Arıza tesisin bir kısmının çökmesine neden oldu. Laboratuvar kış için kapatıldı ve çarpıştırıcı Kasım 2009'a kadar bir daha kullanılmadı. Tamir edilirken bilim insanları Tevatron'u Higgs Bozonu'nu aramak için kullandılar. LHC Kasım 2009'da yeniden çalıştırıldığında, protonları 1,18 TeV'e (teraelektronvolt veya trilyon elektronvolt) hızlandırarak yeni bir hız rekoru kırdı. 30 Mart 2010'da LHC 3.5 TeV'de bir çarpışma yarattı.
Sorular ve Yanıtlar
S: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) nedir?
C: LHC dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık hızlandırıcısıdır. Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü CERN tarafından inşa edilmiştir ve yeraltına inşa edilmiş dev bir dairesel tüneldir.
S: LHC nerede bulunuyor?
C: LHC, 27 kilometre uzunluğunda ve yerin 50-175 metre altında bir tünel ile İsviçre-Fransa sınırının hemen altında yer almaktadır.
S: Projede kimler çalıştı?
C: 100'den fazla ülkeden 10.000 bilim insanı ve mühendis bu projeyi inşa etmek için birlikte çalıştı.
S: İnşa etmek ne kadara mal oldu?
C: Proje 10,4 milyar İsviçre Frangına (10 milyar dolar) mal oldu.
S: LHC deneylerinde hangi parçacıklar kullanılıyor?
C: LHC deneylerinde çoğunlukla protonlar kullanılıyor. Protonlar, neredeyse ışık hızına ulaşana kadar tünel boyunca hızlandırılan atomların pozitif yüklü parçalarıdır.
S: Bilim insanları bu tesisi kullanarak ne öğrenmeyi umuyor? C: Bilim insanları kuantum fiziği hakkında daha fazla bilgi edinmeyi ve Büyük Patlama'dan milisaniyeler sonra uzay ve zamanın nasıl olduğunu anlamayı umuyorlar.
