Dünyanın sırrı bulunamadı
Tarihte parçacık fiziği hiç bu kadar konuşulmamış tartışılmamıştı; bugünlerde konuşulduğu kadar. Parçacık fiziğini bu kadar popüler kılan ise Avrupa Nükleer Araştırma Merkezindeki (CERN) Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider, LHC). İnsanoğlunun yapmış olduğu en büyük ve karmaşık makine olan LHC, 10 Eylül’deki ilk testi başarıyla geçti fakat 19 Eylül’deki kaza yeni fizik keşifleri için sabırsızlanan fizikçileri hayal kırıklığına uğrattı. Görünen o ki ilk çarpışma için biraz daha sabredeceğiz. Yapımı yıllar süren bu hızlandırıcının 10 Eylül de protonları döndürmeye başlayacağı daha önceden ilan edilmişti. Bu tarih toplumda her ne kadar, dünyanın ve insanlığın sonu gibi algılanıp yersiz endişeler yaratsa da, bilim insanları için çok önemli bir gündü. Bu hızlandırıcı, evrenin oluşumu ve doğanın işleyişiyle ilgili bir takım bilinmeyenlerin gün ışığına çıkarılmasını sağlayacak. Proton demetinin LHC içinde dönmeye başlaması, 16 Temmuz 1969'da, Apollo11 aracının uzaya fırlatılması kadar önemli bir olaydı.
10 Eylül'de yapılanları kısaca özetlersek, proton demeti alt hızlandırıcılardan geçirilerek enerjisi 450 milyar elektronvolta çıkarıldı. Sonra, LHC’ ye aktarılan proton demeti burada kısa bir kaç tur denemesinden sonra saat yönünde tam turlar atmaya başladı. LHC hızlandırıcısı üzerinde yerleştirilen dört detektör içinden de geçen proton demeti turlarına, öğleden sonra, saat yönünün tersinde de devam ederek günü başarıyla tamamladı. Bu kadar karmaşık makinenin, proton demetini içinde döndürmeye başlamasını sağlamak öyle bir düğmeye basarak gerçekleştirilen bir işlem tabi ki de değil. Binlerce parçanın uyum içinde çalışması ancak binlerce testin başarıyla sonuçlandırılması sonucunda olabilecek bir şeydi. Bu başarı testin ardından 19 Eylül'de gerçekleşen kaza, projenin bundan sonraki aşamasının iki ay ertelenmesine neden oldu. Hayal kırıklığı yaratan bu gelişme, bu karmaşık makineyi pürüzsüz çalıştırmanın aslında hiçte kolay olmadığının bir göstergesiydi. Şayet her şey olunda gitseydi, 5 TeV'e kadar hızlandırılan proton demetleri, 21 Ekim’de kafa kafaya çarpıştırılacaktı. Bu durumda bu çarpışmanın en erken bu yılın sonunda ya da önümüzdeki yılda gerçekleşmesi mümkün görünüyor. Kazanın ayrıntılarını anlatmadan önce, LHC hızlandırıcısının etkileyici özelliklerine bir göz atalım.
Yerin 100 metre altındaki 27 km’lik tünel içerisine inşa edilen hızlandırıcı, kullandığı süper iletken ve soğutma teknolojisi açısından dünyada eşi benzeri olmayan bir yer. 10 binlerce süper iletken mıknatısın yapımı ve -271 C’ye soğutulması, teknolojinin uçlarında gezinerek gerçekleştirildi. Bunun için sayısız ARGE çalışması yapılıp doğru malzemeye ve doğru teknolojiye ulaşıldı. Sonrasında üretilen her parçanın bir bütünün içinde mükemmel çalışması sağlandı. LHC de her biri 14.3m ve 35 ton ağırlığında 1232 tane çift kutuplu mıknatıs kullanıldı. Niobium-titanium alaşımından yapılmış çok ince telden (6 mikron kalınlığında) oluşan mıknatıs -271 C dereceye kadar soğutulunca süper iletken faza geçiyor. Yani mıknatıs, geçen elektrik akımına direnç göstermiyor. Böylelikle güç kaybına neden olmadan çok yüksek miktarda akımı mıknatıslardan geçirmek mümkün olabiliyor. Bunun sonucunda da yüksek manyetik alan üretiliyor. Akla hemen şöyle bir soru gelebilir... Niye bu kadar yüksek manyetik alana ihtiyaç duyuluyor? Protonları yüksek enerjilere çıkarmak için dairesel hızlandırıcıda milyonlarca kez döndürmek gerekiyor. Bu yüksek manyetik alan bu protonları dairesel yörüngede tutuyor…
Kaza nasıl oldu?
Bu kaza LHC halkasının son bölümünde yapılan elektrik testi sırasında gerçekleşti. Bu test, yapılırken halkada proton demetleri yoktu. Yapılmak istenilen, 5 TeV lik enerji ile halkada dönecek olan protonları, yörüngede tutmak için gerekli olan manyetik alana ulaşmak.
İlk belirlemelere göre kaza, iki mıknatıs arasındaki bağlantıyı sağlayan güç kablosunda gerçekleşti. Bu kablonun erimesi sonucunda oluşan mekanik problem sıvı helyumun tünele yayılmasına neden oldu. Kazanın tam nedeni sıvı helyum, güvenli bir şekilde tünelden boşalttıktan sonra anlaşılacak. Diğer taraftan problemin giderilmesi ancak mıknatısların tekrar ısıtılıp tünele girilmesiyle mümkün olabilecek bu da en erken 2-3 haftalık bir süre gerektiriyor. Sistem, tamir edildikten sonra, soğutma işlemi tekrar başlatılacak ve proje kaldığı yerden devam edecek. Yeni sürprizler çıkmaması durumunda, bir sonraki aşama proton demetlerini iki ayrı halkada, ters yönde ve aynı anda döndürmeye çalışmak. Bu yıl için planlanan son aşama ise proton demetlerinin enerjilerini kademe kademe yükselterek 5 TeV'e ulaştırmaktı. Fakat bu enerjiye bu yıl içerisinde ulaşılıp ulaşılamayacağı şimdilik çok net değil. Bu problemin bir an önce giderileceğini umut ederek, LHC hızlandırıcısı üzerine yerleştirilmiş dört büyük detektörden kısaca bahsedelim. Bunlar, ALICE (A Large Ion Collider Experiment ), ATLAS (A Torodial LHC ApparatuS ), CMS(Compact Muon Selenoid) ve LHCb(Large Hadron Collider beauty). Her biri binlerce ton ağırlığında ve apartman büyüklüğündeki bu karmaşık yapılar, etkileşim sonucunda oluşan parçacıkların yönlerini, momentumlarını, enerjilerini tespit etmekte kullanılacak. Bu veriler kullanılarak yeni fiziğin imzasını taşıyan etkileşimler aranacak. Yani bir anlamda etkileşimlerin fotoğrafları çekilecek.
Yazının devamı Popüler Bilim Dergisi’nde…