CERN Deneyi ve Büyük Patlama

"CERN, Nükleer Araştırmalar için Avrupa Konseyi anlamına gelen Fransızca "Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire" sözcüklerinin kısaltmasıdır. 1953 yılında Cenevre'de merkez Laboratuvarlar kurulmasına karar verilerek ismi Fransızca "Organisation Européenne pour la recherche nucléaire" ve İngilizce "European Organization for Nuclear Research" olarak değişmiş ancak CERN kısaltması değişmeden kalmıştır.

Merkezi, İsviçre ve Fransa sınırında yer alan ve Cenevre şehrine yakın olan CERN, dünyanın en büyük parçacık fiziği araştırma laboratuvarıdır. Yaklaşık 80 ülkeden 500 üniversiteyi temsil eden 6500 civarında ziyaretçi bilim insanı (dünyadaki parçacık fizikçilerinin yarısı) CERN'e gelerek kendi araştırmalarını gerçekleştirmektedir. Nobel ödüllerini de içeren önemli keşiflerin yapıldığı bir merkezdir.

CERN II. Dünya Savaşından sonra Avrupa'nın fizik alanında ABD'ye yetişebilmesi için 12 Avrupa ülkesinin ( Belçika, Almanya, Fransa, Danimarka, Hollanda, İngiltere, İsveç, İsviçre, İtalya, Norveç, Yugoslavya, ve Yunanistan) işbirliği ile 1954 yılında kurulmuştur. K urulduğundan bu yana Laboratuvar, uluslararası işbirliğinin başarılı bir örneği olarak hizmet vermektedir. 1959'da Avusturya, 1961'de İspanya, 1986'da Portekiz, 1991'de Finlandiya ve Polonya, 1992'de Macaristan, 1993' te Çek ve Slovak Cumhuriyetleri, 1999'da Bulgaristan'ın katılımı ile üye sayısı 20'ye ulaşmıştır. Gözlemci olarak katılan ülke sayısı 8'dir. Türkiye 1961'den bu yana gözlemci statüsünü sürdürmektedir. Gözlemci olan ülkelerin hak ve yetkileri, konseyin açık toplantılarına katılmak, bu toplantıların gündem ve dokümanlarını temin edebilmek, ve Başkan'ın daveti ile müzakerelere katılabilmektir. Gözlemci ülkenin oy hakkı yoktur.

CERN'in en büyük karar organı CERN konseyidir. Bu konsey üye ülkelerin ikişer temsilcisinden oluşur ve her üyenin eşit oy hakkı vardır. Konsey, CERN'in bilimsel makro planını oluşturur ve bu planın gerçekleşmesini izler. CERN'deki değişik hızlandırıcılarda yürütülecek projelerin seçilmesi ve izlenip değerlendirilmesi, her hızlandırıcı için ayrı ayrı oluşturulan program komiteleri tarafından gerçekleştirilir. Program komitelerinin seçtiği projeler, CERN direktörü, yardımcıları, program komitelerinin başkanları ve araştırma bölümlerinin başkanlarından oluşan Araştırma Kurulu'nda karara bağlanır. Avrupa'nın bu en başarılı megabilim projesine katılmak ve katkıda bulunmak bugün tüm dünya ülkeleri arasında bir prestij konusu olup, gelişmişliğin bir ölçüsü olarak görülmektedir. Son yıllarda, ABD, Rusya, Japonya ve Çin gibi üye olmayan ülkeler de CERN hızlandırıcılarına ve projelerine büyük parasal katkıda bulunmaktadırlar.

CERN Laboratuvarlarının temeli hızlandırıcılar ve dedektörler üzerine kuruludur. CERN'deki ilk hızlandırıcı 1957 yılında kurulan 600 MeV'lik proton hızlandırıcısıdır . 1959'da devreye giren 28 GeV'lik proton hızlandırıcısı (PS) ise bugün bile kullanılmaktadır. 1976'da işletmeye alınan 450 GeV süper proton hızlandırıcısı (SPS) ise bir çok Nobel Kazanan çalışmalara olanak sağlamıştır. 1989-2000 yılları arasında elektron-pozitron çarpıştırıcısı (LEP) yaklaşık 100-200 GeV'de çalışmıştır. Şu anda onun yerine yeni proton-proton çarpıştırıcısı olan LHC (Large Hadron Collider) kurulmuş ve 2007 yılında çalışması beklenmektedir.

   CERN ARAŞTIRMALARI

CERN'de yürütülen araştırmaların esas amacı maddenin yapısını ve maddeyi bir arada tutan kuvvetleri anlamaktır. İnsanlığın asırlardır yürüttüğü maddenin yapısını anlamak amaçlı büyük çabanın arenası bugün parçacık hızlandırıcılarıdır. Parçacık hızlandırıcılarında en yüksek enerjilere ve çarpışma sayılarına erişmek, çarpışmalardan çıkan çok sayıdaki parçacığı algılayabilmek, mevcut teknolojinin sınırlarını zorlamaktadır. CERN, temel bilim araştırmalarının yanında, yarının teknolojilerini geliştirmekte çok önemli bir rol oynamaktadır.

Süper iletken teknolojisinin CERN hızlandırıcıları sayesinde ilerlemesi, yeni temiz enerji kaynaklarının araştırılması, yeni reaktör sistemlerinin geliştirilmesi, bilgisayar teknolojisi, tıpta tedavi ve teşhis uygulamaları, yeni elementlerin bulunuşu en önde gelen araştırmalardır. Parçacık Fiziği araştırmaları lazer fiziği, plazma fiziği, elektronik, telekomünikasyon, nanobilim, malzeme bilimi, nükleer tıp ve radyoterapi, bilişim teknolojisi (yazılım geliştirme , bilgisayar mimarisi, bilgisayar ağ bilimi v.s), savunma sanayii ve mühendisliğin çeşitli dallarındaki yeni gelişmelerin lokomotifidir. Örneğin, bugün dünyadaki bilgisayar iletişiminin kalbi olan World Wide Web, büyük ve dünyaya dağılmış kollaborasyonlar halinde çalışan parçacık fizikçilerinin hızlı ve kolay bir biçimde iletişimlerini kolaylaştırıp hızlandırmak amacıyla, CERN'de bir bilgisayar programcısı olan Tim Berners-Lee 'nin " HTML " adlı bilgisayar dilini bulup geliştirmesiyle oluşmuştur. Diğer bir örnek ise hızlandırıcılar sayesinde ilk defa olarak antihidrojen yapımı gerçekleşmiştir. Bu kapsamda CERN araştırma merkezi, temel bilimin en ileri saflarında yeni bilgi üretmeye çalışan bilim adamlarına teknolojinin izin verdiği en ileri deneysel olanakları sunmaktadır.

CERN'DEKİ BAZI ÇARPIŞTIRICILAR VE DEDEKTÖRLER

LHC: CERN dünyadaki en büyük çarpıştırıcı olan Large Hadron Collider (LHC) - Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, 2000 yılında faaliyeti sona eren Large Elektron-Positron (LEP) - Büyük elektron-pozitron çarpıştırırcısı yerine inşaa edilmiştir. Çevresi 27 km ve yer yüzeyinden 100 metre derinliktedir. LHC'de çok yoğun iki proton demeti 14 TeV'lik (14X10 12 eV) kütle merkezi enerjisinde çarpıştırılacaktır. En yeni süper iletken teknolojisini kullanarak mutlak sıfırın hemen üstünde -271 0 C'de çalışacaktır. Bu, dünyada erişilmiş en yüksek çarpışma enerjisi olacaktır, dolayısıyla maddenin şimdiye kadar erişilememiş derinliklerinden bilgi edinmeyi mümkün kılacaktır. Yüksek Enerji Fiziği araştırmalarında bir çığır açılacak, mevcut teorilerin aradığı bir çok sorunun cevabı buradan elde edilecektir.

L HC deneylerinden gelen verilerin çözümlemesine yardımcı olacak bilgi işleme ortamını hazırlamak LCG (LHC Computing Grid) LHC Hesaplama Gridi geliştirilmiştir. GRID, bilgisayarların hesaplama ve veri depolama kaynaklarını internet üzerinden paylaşmak amacı ile oluşturulan bir servis olarak tanımlanabilir. GRID ile bilgisayarlar arasındaki basit haberleşmenin ötesine geçilerek küresel bilgisayar ağının büyük bir hesaplama kaynağına çevrilmesi hedeflenir. LHC çalışmaya başladığında yılda yaklaşık olarak 15 petabayt veri üretecektir. Dünyada bu konuyla ilgili bilim insanları bu verilere ulaşacak ve analiz edeceklerdir. LCG projesinin misyonu LHC'yi kullanan bütün yüksek enerji fizikçileri için veri saklama ve analiz imkanı sağlamaktır. Türkiye'de ise GRID çalışmaları "TR-Grid Oluşumu" adı altında TÜBİTAK ULAKBİM tarafından sağlanmaktadır.



LHC Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

Dedektörler ise hızlı parçacıklar çarpıştığında oluşan parçacıkları kaydeden, onbinlerce karmaşık parçadan ve elektronik devreden oluşan dev aygıtlardır.

LHC çarpıştırıcısı ATLAS, CMS, ALICE, LHCb olmak üzere dört dedektöre sahiptir:



LHC Dedektörleri



LHC dedektörlerinin bulunduğu yerlerin havadan görüntüsü (İsviçre-Fransa sınırı)

ATLAS (A large Toroidal LHC ApparatuS)

Evrenimizi oluşturan temel kuvvetleri ve maddenin tamel yapısını araştıracaktır. Boyut olarak en büyük LHC dedektörüdür. ATLAS kollaborasyonunda, 35 ülkeden 150 üniversite ve laboratuvardan katılan toplam 1800 fizikçi bulunmaktadır. Bu deneydeki çalışmalara Türkiye'den Ankara Üniversitesi, Boğaziçi Üniversitesi ve Gazi Üniversitesi katılmaktadır

 ATLAS dedektörü

CMS (Compact Muon Selonoid): Genel amaçlı bir dedektördür, manyetik alanı selonoid tarafından oluşturulur. Bazı fizik süreçlerinin iyi algılanabilmesi için özel tasarımı vardır. 37 ülkeden, yaklaşık 2000 Fizikçi ve Mühendis katılmakta, 155 Enstitü katkı vermektedir. Bu deneydeki çalışmalara Türkiye'den Boğaziçi Üniversitesi, Çukurova Üniversitesi ve Ortadoğu Teknik Üniversitesi projeler kapsamında katılmaktadır.


ALICE (A Large Ion Collider Experiment at CERN LHC)

Çok küçük boyutlarda maddenin fiziğini araştıracaktır. Çekirdek-çekirdek çarpışmaları ile quark-gluon plazma inceleyecektir.

LHCb (Large Hadron Collider beauty experiment): b-kuark ve b mezonların özelliklerini ve parite bozulmasını araştırmak amacıyla kurulmuştur.

CLIC: CERN'de kurulması düşünülen bir diğer çarpıştırıcı ise, CLIC (Compact Lineer Collider) elektron-pozitron çarpıştırıcısıdır. LHC'den elde edilen fizik sonuçlarına göre daha duyarlı deneylerin yapılabileceği ortam sağlayacaktır. Çoklu TeV enerjili elektron-pozitron lineer çarpıştırıcısının fizibilite çalışmaları "CLIC Test Facility 3" CTF3'de yapılmaktadır. Burada, CLIC teknolojisinin teknik özellikleri test edilmektedir. Bu işbirliğine ise Türkiye'den Ankara Üniversitesi ve Gazi Üniversitesi katılmaktadır.
2006 yılından itibaren Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN) ile gerekli her türlü ilişkiyi yürütmek, koordine etmek, bilimsel aktivitelere katılmak, her türlü finansal konularda muhatap olmak ve Ülkemizi bu konularda temsil etmek üzere TAEK görevlendirilmiştir. Bu görev kapsamında CMS ve CLIC çalışmalarına Türkiye'den katılan araştırmacıların projeleri TAEK tarafından desteklenmektedir.

CERN'DE YAPILAN DİĞER ÇALIŞMALARA ÖRNEKLER

CAST (CERN Axion Solar Telescope): 2000'de CERN tarafından onaylanan CAST deneyi, parçacık fiziğindeki yaklaşık 30 senelik bir problem olan Güneşin merkezindeki 15 milyon derecelik plazmadan çıkan Axion'ları (evrenin yaklaşık dörtte birini oluşturan soğuk karanlık maddeye de en uygun aday olan) gözlemleyerek ışık tutmayı hedeflemektedir.

ISOLDE (On-Line Isotope Mass Separator): ISOLDE tesisi çok büyük sayıda farklı deneyler için çok çeşitli radyoaktif iyon demetlerinin üretimini yapmaktadır. Bu deneyde madde bilimi, yaşam bilimi, katı hal fiziği, nükleer fizik, atom fiziği çalışılmaktadır.