CERN deneyleri ile yapılmak istenen nedir? Büyük Patlama tekrar gerçekleşecek mi?

0

Geçtiğimiz yıllarda ülkemizde de büyük bir heyecanla takip edilen ve beraberinde birçok tartışmayı getiren CERN deneyleri, bizlerin bilimle ne kadar ilgili olabileceğimizi ve bilimsel gelişmeleri takip etmekten keyif aldığımızı gösteren güzel bir örnek. Deney merkezi ve yürütülen deneyler dolayısıyla, tüm hatlarıyla yüzyılın deneyi olarak adlandırılmayı hak ediyor.

CERN merkezinde bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısında (Large Hadron Collider) yapılan deneyler onlarca yıl devam edecek. Bu deneylerle maddenin temel yapıtaşları hakkındaki eksik bilgilerimiz ve evrenin evrimi üzerindeki soruların cevaplanması amaçlanıyor. CERN Avrupa Parçacık Fiziği Laboratuvarı (The European Organization for Nuclear Research) 1954 yılında İsviçre’de kurulan dünyanın en büyük parçacık laboratuvarı. Onlarca ülkenin katkıda bulunduğu ve binlerce araştırmacının çalıştığı merkez, yüzlerce üniversite ile işbirliği içinde araştırmalara devam ediyor. Merkezin temel fonksiyonu yüksek enerji gerektiren fizik araştırmaları için parçacık hızlandırıcı ve diğer yapıların sağlanması.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı Yerin 100 m altında bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) 27 km’lik süper-iletken çembere sahip ve 14 Tev’lik kütle merkezi enerjisinde proton-proton ve kurşun-kurşun çarpışmaları yapılmasına olanak sağlıyor. Deneylerde standart model Higgs mekanizması ve standart model ötesi modellerin öngördüğü parçacıkların gözlenmesi amaçlanıyor.

buyuk_hadron_carpıstırıcısı

LHC hızlandırıcısında proton demetleri farklı yönlerde gönderilerek ışık hızına yakın hızlarda çarpıştırılıyor ve böylece Büyük Patlama’nın ilk anlarındaki ortam oluşturulmaya çalışılıyor. 2008 yılına kadar birçok araştırmacı “simulasyon” çalışmaları ile deney sonucu ortaya çıkacak verilerin yorumlanması üzerine çalıştılar ve 2008 yılında da LHC üzerindeki dedektörler kozmik ışınlarla test edilmeye başlandı. 26 Kasım 2009 tarihinde ilk proton demetleri gönderilerek testler gerçekleştirildi ve Aralık 2009 başında da protonlar ilk olarak çarpıştırıldı.

2,36 TeV kütle merkezi enerjilerine kadar çıkıldı ki, bu enerji seviyesine ulaşabilen başka bir parçacık hızlandırıcı bulunmamaktadır. Maddenin yapıtaşlarının ne olduğunu araştıran deneylerde, geldiğimiz son nokta olan standart model için gerekli olan bir parçacık (Higgs parçacığı) henüz keşfedilmedi. Standart modele göre maddenin yapıtaşları olan lepton, kuark ve bunlar arasındaki etkileşimleri gerçekleştiren aracı parçacıklardır.

Modele göre, parçacıkların kütlelerinin nereden geldiklerini açıklayabilmek için Higgs alanı adı verilen ve henüz keşfedilmeyen bir etkileşim alanına ihtiyaç vardır. Bu yüzden Higgs parçacığının aranması ve özelliklerinin ortaya çıkarılması standart model açısından son derece önemlidir. Evrenin temel ilkelerini anlamak için yapmamız gereken deneyler LHC’nin ulaşabileceği yüksek enerjileri gerektiriyor. Yerin 100 m altında yer alan 27 km’lik bir tünele inşa edilen LHC (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) ile yapılan deneyler CMS, ATLAS, LHCB ve ALİCE olarak isimlendirilmiştir. Protonlar, 14 TeV enerji oluşturacak şekilde çarpıştırılarak evrenin ilk anlarını daha iyi anlamamız amaçlanmaktadır. Ancak mutlak anlamda elde edilen enerji bir kibrit ateşinden fazla değildir.

Büyük Patlama ve kara delikler

CERN deneyleri 2 yıldır kamuoyunun gündeminde. Bunun en önemli nedenlerinden birisi, deneyler için kullanılan isim: Büyük Patlama deneyleri. Bu yüzden insanların ilgisini çekiyor ve bazı yanlış anlamalara da neden oluyor. Örneğin, deneyler sırasında oluşabilecek bir “kara deliğin” tüm evreni yutabileceği gibi.

buyuk_patlama

Bu deneylerde Büyük Patlama tekrardan oluşturulmuyor. Ancak o zamanki enerji yoğunluğuna ulaşılmaya çalışılıyor. Elde edilen enerji oldukça düşük, ancak protonların boyutları da çok küçük olduğundan enerji yoğunluğu çok fazla. Kara delik ise düşünüldüğü kadar gizemli değildir. Çekim alanı her türlü maddenin ve ışığın kendisinden kaçmasına izin vermeyecek kadar güçlü olan kütle çekimine sahip cisimlere kara delik denilir.

Önemli olan cismin kütlesi ile yoğunluğunun oranıdır. Hacim sıfıra giderken kütle sonsuza gider. Dolaylı yoldan da olsa birçok kara delik uzayda gözlemlenmiştir. Yüksek çekim kuvveti nedeniyle ışık bile kara delikten kaçamaz. Biz ancak yıldızlar kara delikler tarafından yutulduklarında kara deliklerin varlığını gözlemliyoruz. Düşük de olsa aynı tehlike Dünya için de mevcuttur. Ancak laboratuvar ortamında oluşan kara delikler bunlardan değildir. LHC’de oluşabilecek mini kara delikler atmosferde de uzaydan gelen kozmik ışınların atmosferdeki atomlara çarpması ile oluşabilir. Laboratuvar ortamında ise enerji miktarı çok daha düşüktür