CERN’de yürütülen araştırmaların esas amacı maddenin yapısını ve maddeyi bir arada tutan kuvvetleri anlamaktır. İnsanlığın asırlardır yürüttüğü maddenin yapısını anlamak amaçlı büyük faaliyetin modern altyapısı parçacık hızlandırıcılarıdır. Parçacık hızlandırıcılarında çok yüksek enerjilere ve çarpışma sayılarına erişmek, çarpışmalardan çıkan çok sayıdaki parçacığı algılayabilmek mevcut teknolojinin sınırlarını zorlamaktadır. Bu bağlamda CERN, temel bilim araştırmalarının yanında, yarının teknolojilerini geliştirmekte de 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 vb.), savunma sanayi ve mühendisliğin çeşitli dallarındaki yeni gelişmelerin lokomotifidir. Örneğin, bugün dünyadaki bilgisayar iletişiminin kalbi olan World Wide Web (www), pek çok ülkeye dağılmış olarak çalışan parçacık fizikçilerinin hızlı ve kolay iletişim kurmalarını sağlamak 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 anti-hidrojen üretiminin gerçekleşmesidir. Bu kapsamda CERN, temel bilimin en ileri saflarında yeni bilgi üretmeye çalışan bilim adamlarına teknolojinin izin verdiği en ileri deneysel olanakları ve çözümleri de sunmaktadır.
CERN’DEKİ BAZI ÇARPIŞTIRICILAR VE DEDEKTÖRLER
- LHC: Dünyadaki en büyük çarpıştırıcı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider, LHC), 2000 yılında faaliyeti sona eren Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı (Large Elektron-Positron, LEP) yerine inşa edilmiştir. Çevresi 26.659 metredir (yaklaşık 27 km) ve yer yüzeyinden 100 metre derinliktedir. LHC’de çok yoğun iki proton demeti 14 TeV’lik (14×1012 eV) kütle merkezi enerjisinde çarpıştırılacaktır. Proton demetleri vakum (10-13 atm) altında ışık hızına yakın bir hızda (ışık hızının %99,99’u kadar) çarpışacaklar ve her saniyede yaklaşık 600 milyon çarpışma meydana gelecektir. Sistem, süper iletken teknolojisi kullanarak mutlak sıfırın hemen üstünde -271 °C’de çalışacaktır. Bu, dünyada erişilmiş en yüksek çarpışma enerjisi olacaktır, dolayısıyla bu sayede maddeyle ilgili bugüne kadar bilinmeyenlerin gün ışığına çıkması mümkün olacaktır. Yüksek enerji fiziği araştırmalarında bir çığır açılacak, mevcut teorilerin aradığı birçok sorunun cevabı,evrenin oluşumu da dâhil olmak üzere, CERN’de yapılacak deneylerden elde edilecektir.
LHC Büyük Hadron Çarpıştırıcısı
Dedektörler ise LHC sisteminin ana parçalarını oluşturmaktadır ve hızlı parçacıklar çarpıştığında oluşan parçacıkları kaydeden, on binlerce karmaşık parçadan ve elektronik devreden oluşan dev aygıtlardır. LHC çarpıştırıcısı ATLAS, CMS, ALICE ve LHCb olmak üzere dört dedektöre sahiptir.
LHC dedektörleri
LHC dedektörlerinin bulunduğu yerlerin havadan görüntüsü (İsviçre-Fransa sınırı)
-
ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS): Evrenimizi oluşturan temel kuvvetleri ve maddenin temel yapısını araştırmakta kullanılacaktır. Boyut olarak en büyük LHC dedektörüdür. ATLAS deney grubunda, 35 ülkeden 150 üniversite ve laboratuvardan katılan toplam 1800 fizikçi bulunmaktadır.
ATLAS dedektörü
ATLAS dedektörü
- CMS (Compact Muon Solenoid): Genel amaçlı bir dedektördür, manyetik alanı selonoid tarafından oluşturulur. Bazı fizik süreçlerinin iyi algılanabilmesi için özel tasarımlanmıştır. 37 ülkeden, yaklaşık 2000 fizikçi ve mühendis katılmakta, 155 enstitü katkı vermektedir.
CMS dedektörü
- ALICE (A Large Ion Collider Experiment): Çok küçük boyutlarda maddenin fiziğini araştırmakta kullanılacaktır. Çekirdek-çekirdek çarpışmaları ile quark-gluon plazmasını inceleyecektir.
- LHCb (Large Hadron Collider beauty): b-kuark ve b mezonların özelliklerini ve parite bozulmasını araştırmak amacıyla kurulmuştur.
CERN’DE YAPILAN DİĞER ÇALIŞMALAR
- 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 ortamı sağlayacaktır. Çoklu TeV enerjili elektron-pozitron lineer çarpıştırıcısının fizibilite çalışmaları “CLIC Test Facility 3” CTF3’de yapılmaktadır. Burada, CLIC teknolojisinin teknik özellikleri test edilmektedir.
- CAST (CERN Axion Solar Telescope): 2000 yılında CERN tarafından onaylanan CAST deneyi, parçacık fiziğindeki yaklaşık 30 senelik bir problem olan Güneşin merkezindeki 15 milyon derecelik plazmadan çıkan Axion’ları (ki bunlar evrenin yaklaşık dörtte birini oluşturan soğuk karanlık maddeye de en uygun adaydır) gözlemleyerek ışık tutmayı hedeflemektedir.
- ISOLDE (On-Line Isotope Mass Separator): ISOLDE tesisi çok 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.
- AMS-02: Alfa Manyetik Spektrometresi (AMS-02) Uluslararası Uzay İstasyonu üzerinde harici bir modül olarak çalışmak üzere tasarlanmış bir son teknoloji parçacık fiziği detektörüdür. AMS antimadde ve karanlık maddeyi arayarak eşsiz uzay ortamında evreni ve evrenin kökenini araştırmakta ve bunun yanı sıra kozmik ışınların kompozisyonunun ve akısının hassas ölçümlerini gerçekleştirmektedir. AMS-02 gözlemleri “Evrenin görünmez kütlesini ne oluşturmaktadır?” veya “İlk antimaddeye ne oldu?” gibi temel soruların cevaplanmasına yardımcı olacaktır.
- RD51 GAZLI DETEKTÖRLERİ GELİŞTİRME ÇALIŞMALARI: R&D kolaborasyonu, RD51, temel ve uygulamalı araştırmalar için gelişmiş gaz-çığ dedektör teknolojilerinin ve bütünleşik elektronik-okuma sistemlerinin geliştirilmesinin kolaylaştırılmasını amaçlamaktadır. RD51 kolaborasyonunda 25 ülkeden 75 üniversite/araştırma laboratuvarından toplam 450 araştırmacı bulunmaktadır.
