CERN'DE NELER OLUYOR?
İnternette ve televizyonda bazen öyle konuşmalarla, öyle yazılarla karşılaşıyoruz ki bunlar, bilim adamlarının çok ciddi bir halkla ilişkiler çalışmasına ihtiyacı olduğunu düşündürtüyor. Geçen gün alanında son derece saygın bir profesörün yazısında, CERN'deki fizikçilerin gizlediği müdhiş bilgiler olduğundan, ışıktan hızlı foton telapisi gibi şeylerden bahsettiğini okuyunca çok şaşırdım. Bir konunun uzmanı, fiziğin pekala cahili olabiliyormuş demek ki.
O yüzden CERN'de ne tür deneyler yapıldığına dair bazı bilgiler vermenin, spekülasyonların önüne geçmek için bilinçli insanlara bir malzeme vermek açısından faydalı olacağını düşündüm.
CERN, 50 yıllık badanasız boyasız binaları barındıran, biraz da İsviçre'li mantığıyla, çalışan bir şey fonksiyonunu eda ettiği sürece dokunulmayan, değiştirilmeyen, israfın ve göz boyamanın olmadığı, dünyanın en komplike yazılım ve donanım sistemiyle inanılmaz miktardaki veriyi inanılmaz bir hızla süzüp, aradığı bilgiyi kaydeden dünyanın en büyük ve kompleks laboratuarıdır.
1954 yılında Fransa - İsviçre sınırında Cenevre şehri yakınlarında "Avrupa Nükleer Araştırmalar Konseyi" olarak kuruldu. Adındaki "nükleer" kelimesine takılanlar, burada acaba geleceğin silahları mı deneniyor gibi absürd fikirlere bile kapılabiliyor. 1950'lerde temel fizik, atomun iç yapısını, yani çekirdeğini anlamaya konsantre olduğundan, yeni açılan bu temel fizik laboratuarına kaçınılmaz olarak "nükleer" kelimesini ekleyiverdiler. Halbuki günümüzde sürdürülen deneyler atom çekirdeğinden çok öte küçüklükte parçacıklara ve etkileşimlerine konsantre olmuş durumda.
Günümüzde, içlerinde Yunanistan, Bulgaristan, Portekiz gibi ülkelerin de bulunduğu 20 üye ülke, aday ülkeler ve asosiye üye ülkeler CERN'e katkı sağlamaktadır. Bir de bizim gibi gözlemci statüsünde bulunan ülkeler mevcuttur. Tabii ki gözlemci statüsündeki ülkelerin CERN'e teknik eleman sağlama, ihalelere katılma vb. avantajlardan yoksun olduğunu belirtmekte fayda var. Ülkemizden 2013 yılı itibariyle 94 akademisyen organizasyon içerisinde yer almaktadır. Tabii ki bu sayıya, Amerika ve Avrupa'nın çeşitli üniversiteleri adına CERN'de bulunan Türkler dahil değildir. CERN adeta Birleşmiş Milletler gibidir. Bir farkla ki, BM'deki gibi sadece üç beş ülkenin sözü geçmez. Her ülkeden, alanında otorite olmuş insanlarla karşılaşmak mümkündür.
CERN'de yerin ortalama 100 metre altında yerleştirilmiş olan 27 kilometrelik bir tünelde kimi zaman protonlar, kimi zaman da kurşun elementinin çekirdekleri ışık hızına çok çok yakın hızlara kadar hızlandırılıyorlar. Hızlandırmak için çok yüksek elektrik alana maruz bırakılan pozitif yüklü proton (ve kurşun çekirdekleri) tünel içinde devasa mıknatıslarla hapsediliyorlar. Yine bu mıknatısların oluşturduğu dörtlü manyetik alanlarla protonlar sıkıştırılıp birbirlerine iyice yaklaşmaları sağlanıyor ve "bohçalanıyorlar". Bu proton bohçacıkları yeterince hızlandırıldıklarında kafa kafaya çarpıştırılıyorlar.
Her bir proton bohçasında milyar kere milyarlarca sayıda proton bulunuyor olmasına rağmen, protonlar o kadar küçük boyutlardadır ki iki bohçanın kafa kafaya gelmesinde sadece bir elin parmakları sayısınca proton birbirine denk gelerek çarpıştırılabilmektedir. Ama bu bohçalardan saniyede tam 40milyon tanesi karşı karşıya geldiği için, her saniye milyonlarca çarpışma elde ediliyor. Bu da depolanması ve analiz edilmesi gereken yığınla veri anlamına geliyor.
CERN'DE YAPILAN DENEYLERİN AMACI NEDİR?
CERN'de bilim adamları evrenin temel yapısını kavramaya yönelik araştırmalar sürdürüyorlar. Bu deneylerin bildiğimiz anlamda veya yakın gelecekte günlük hayatımıza doğrudan katkı sağlayacak bir buluşa sebep olacağını sanmıyorum. Tıpkı, bundan bir asır evvel atomun yapısını araştıran Rutherford'un, Bohr'un, Heisenberg'in buluşlarının günümüzdeki teknolojik devrimleri doğuracaklarını tahmin edemedikleri gibi...
Peki nedir evrenin bu çok merak edilen temel yapısına dair sorular? Özellikle 1970'lerden beri parçacık fiziğiyle ilgilenenler, maddenin temel yapısını, çok zarif bir denklemler serisinden oluşan "Standart Model" dedikleri bir teoriyle izah ediyorlar. Bu teori günbegün geliştirilmekte, deneylerle doğrulanmakta ve mükemmelleşmektedir. "Bildiğimiz evren", bozon ve fermiyon denilen bir kaç tane atomaltı parçacıktan ve bunların birbirleriyle 4 farklı etkileşmesinden müteşekkildir. Gözümüzle gördüğümüz ve dedektörlerimizle algılayabildiğimiz galaksilerden nebulalara, gezegenlerden atom altı en küçük yapılara kadar bildiğimiz herşey, evrenin sadece %4'lük kısmını oluşturur. Standart model, evrenin bildiğimiz anlamda maddeden oluşan işte bu %4'lük kısmını tam olarak tanımlamaktadır.
Oysa standart modelin cevap vermediği daha pekçok sorun çözülmek için bizi bekliyor. Mesela:
Bunlar gibi daha bir çok temel sorunun cevabını aramak üzere CERN'deki tünelin (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) üzerine dört büyük dedektör sistemi konuşlandırılmıştır. ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb adındaki bu farklı dedektör sistemleri yukarıda sıralanan sorulara cevaplar aramakta ve kimi zaman da tatlı bir rekabet halinde kendi tutarlılıklarını sınamaktadırlar. Bu dedektörlerden bağımsız olarak pek çok irili ufaklı deneyler de yürütülmektedir.
DEDEKTÖRLER NASIL ÇALIŞIR?
Adını saydığım dedektörlerin merkezinde çarpışmalar gerçekleşmektedir. Her çarpışma sonucunda yüzlerce alt parçacık doğmakta ve dedektörün içine doğru saçılmaktadır. Dedektör bu oluşan yeni parçacıkları kütleleri, elektrik yükleri, momentumları vb. fiziksel özelliklerini ölçerek "etiketler". Etiketlenen her bir parçacığın çarpışma sonrası izlediği yol "iz sürücüler" vasıtasıyla belirlenir. Böylece hangi parçacıkların hangisinden bozunduğu, bozunmadan önce ne kadar ömre sahip oldukları vb. bilgiler elde edilir. Kalorimetreler ile parçacıkların taşıdıkları enerjiler ölçülür.
Tüm bu bilgileri elde ederken, her dedektör kendisine has bir mekanizma ve farklı bir yöntem kullanır. Böylece, farklı yollarla farklı yerlerde yapılan farklı deneylerin sonuçlarını karşılaştırmak mümkün olur. Güncel bir örnek vermek gerekirse, farklı fiziksel yapılara sahip ATLAS ve CMS dedektörleri, Higgs parçacığını aynı kütlede ve aynı özelliklere sahip olarak keşfetmiştir. Böylece her iki dedektör de birbirini doğrulamıştır. Bu sayede bilimin çok önemli bir gereği olan "tekrarlanabilirlik" ilkesi sağlanmıştır.
MÜHENDİSLİK
CERN'de fizikçi sayısının 10 katı kadar mühendis ve teknisyen görev almaktadır. Böylesi bir mühendislik harikasını ortaya çıkarmak için tabii ki bunca teknik elemanın desteği gerekiyor. Aşırı radyasyona maruz kalacak, yıllarca arıza vermeden çalışacak ve mikron mertebesinde keskinliğe ve belirliliğe sahip olacak binlerce ton ağırlığındaki cihazlardan bahsediyoruz. Deneyin her aşamasında mühendisler pek çok meydan okumayla karşılaşmaktalar. 27 kilometrelik tünel, evrenin bilinen en soğuk ve en "boş" yeridir. Ayrıca dedektörlerin sahip olduğu korkunç manyetik alan değerlerine ulaşmak için devasa süper iletkenlerin kullanıldığı mıknatıslar inşa edilmiştir.
Dedektörlerin tıpkı bir soğan gibi farklı katmanları, iz sürücüleri, enerji ölçen birimleri, veri toplama mekanizmasını tetikleyen, veriyi süzen ve depolayan kısımları ayrı ayrı inşa edilmiş olmasına rağmen mutlak uyum içerisinde çalışmak zorundadırlar. Herhangi bir aşamadaki aksaklık, bütün deneyi sekteye uğratmaya yeter.
Tüm bu organizasyonu bir arada tutan birkaç ana departman vardır. Fizik, bilgi teknolojileri (IT), ışınlar, mühendislik, teknoloji, finans - lojistik ve bilgi transferi, insan kaynakları, ve genel hizmetler departmanları bulunmaktadır.
CERN NİÇİN VAR?
CERN'de üretilen bilgi "gizlemek" için değil, "yayınlamak" içindir, insanlığın hizmetine sunmak içindir, binlerce yıllık bilgi dağarcığımızı büyütmek, gelecek nesillerin o bilgiden yeni sentezler yaparak yeni teknolojilere yol bulmalarını sağlamak içindir. Hele günümüzde, neredeyse tek değer kriteri maalesef ki yayımladığı makale sayısına indirgenen binlerce akademisyenin çalıştığı bir kurumda bilgi saklamak, mümkün değildir.
CERN, bir laboratuardan çok ötedir. Eğer bir gün yıldızlar arası yolculuğa imkan sağlayacak teknolojilere sahip olacaksak, bu da doğayı daha iyi tanımlamamız ve daha kesin anlamamız sayesinde olacaktır. Bunun yolu da günümüzde CERN ve benzeri hızlandırıcı teknolojilerinden geçmektedir. Bu yüzden, acizane CERN'de (ve benzeri büyük araştırma kuruluşlarında) son derece aktif bir ülke olarak yer almayı o kadar önemsiyorum ki, ülkece mutlak hedef olarak belirlediğimiz Avrupa Birliği'nde, hatta NATO'da, Birleşmiş Milletler'de bulunmaktan daha öte bir gayretle, bu organizasyonun vazgeçilmez bir parçası olmak için çalışmamız gerektiğini düşünüyorum.
Tüm bunlara ek olarak, bu tür temel bilim araştırmaları teknolojiye dolaylı yoldan birçok katkı yapmaya devam ediyorlar. Bugün tüm hayatımızı değiştiren internet teknolojilerinin kaynağının, CERN'deki bilgi aktarımı problemine bulunan basit bir çözüm olduğunu bilen kaç kişi vardır?
O yüzden CERN'de ne tür deneyler yapıldığına dair bazı bilgiler vermenin, spekülasyonların önüne geçmek için bilinçli insanlara bir malzeme vermek açısından faydalı olacağını düşündüm.
CERN, 50 yıllık badanasız boyasız binaları barındıran, biraz da İsviçre'li mantığıyla, çalışan bir şey fonksiyonunu eda ettiği sürece dokunulmayan, değiştirilmeyen, israfın ve göz boyamanın olmadığı, dünyanın en komplike yazılım ve donanım sistemiyle inanılmaz miktardaki veriyi inanılmaz bir hızla süzüp, aradığı bilgiyi kaydeden dünyanın en büyük ve kompleks laboratuarıdır.
1954 yılında Fransa - İsviçre sınırında Cenevre şehri yakınlarında "Avrupa Nükleer Araştırmalar Konseyi" olarak kuruldu. Adındaki "nükleer" kelimesine takılanlar, burada acaba geleceğin silahları mı deneniyor gibi absürd fikirlere bile kapılabiliyor. 1950'lerde temel fizik, atomun iç yapısını, yani çekirdeğini anlamaya konsantre olduğundan, yeni açılan bu temel fizik laboratuarına kaçınılmaz olarak "nükleer" kelimesini ekleyiverdiler. Halbuki günümüzde sürdürülen deneyler atom çekirdeğinden çok öte küçüklükte parçacıklara ve etkileşimlerine konsantre olmuş durumda.
Günümüzde, içlerinde Yunanistan, Bulgaristan, Portekiz gibi ülkelerin de bulunduğu 20 üye ülke, aday ülkeler ve asosiye üye ülkeler CERN'e katkı sağlamaktadır. Bir de bizim gibi gözlemci statüsünde bulunan ülkeler mevcuttur. Tabii ki gözlemci statüsündeki ülkelerin CERN'e teknik eleman sağlama, ihalelere katılma vb. avantajlardan yoksun olduğunu belirtmekte fayda var. Ülkemizden 2013 yılı itibariyle 94 akademisyen organizasyon içerisinde yer almaktadır. Tabii ki bu sayıya, Amerika ve Avrupa'nın çeşitli üniversiteleri adına CERN'de bulunan Türkler dahil değildir. CERN adeta Birleşmiş Milletler gibidir. Bir farkla ki, BM'deki gibi sadece üç beş ülkenin sözü geçmez. Her ülkeden, alanında otorite olmuş insanlarla karşılaşmak mümkündür.
Her bir proton bohçasında milyar kere milyarlarca sayıda proton bulunuyor olmasına rağmen, protonlar o kadar küçük boyutlardadır ki iki bohçanın kafa kafaya gelmesinde sadece bir elin parmakları sayısınca proton birbirine denk gelerek çarpıştırılabilmektedir. Ama bu bohçalardan saniyede tam 40milyon tanesi karşı karşıya geldiği için, her saniye milyonlarca çarpışma elde ediliyor. Bu da depolanması ve analiz edilmesi gereken yığınla veri anlamına geliyor.
CERN'DE YAPILAN DENEYLERİN AMACI NEDİR?
CERN'de bilim adamları evrenin temel yapısını kavramaya yönelik araştırmalar sürdürüyorlar. Bu deneylerin bildiğimiz anlamda veya yakın gelecekte günlük hayatımıza doğrudan katkı sağlayacak bir buluşa sebep olacağını sanmıyorum. Tıpkı, bundan bir asır evvel atomun yapısını araştıran Rutherford'un, Bohr'un, Heisenberg'in buluşlarının günümüzdeki teknolojik devrimleri doğuracaklarını tahmin edemedikleri gibi...
Peki nedir evrenin bu çok merak edilen temel yapısına dair sorular? Özellikle 1970'lerden beri parçacık fiziğiyle ilgilenenler, maddenin temel yapısını, çok zarif bir denklemler serisinden oluşan "Standart Model" dedikleri bir teoriyle izah ediyorlar. Bu teori günbegün geliştirilmekte, deneylerle doğrulanmakta ve mükemmelleşmektedir. "Bildiğimiz evren", bozon ve fermiyon denilen bir kaç tane atomaltı parçacıktan ve bunların birbirleriyle 4 farklı etkileşmesinden müteşekkildir. Gözümüzle gördüğümüz ve dedektörlerimizle algılayabildiğimiz galaksilerden nebulalara, gezegenlerden atom altı en küçük yapılara kadar bildiğimiz herşey, evrenin sadece %4'lük kısmını oluşturur. Standart model, evrenin bildiğimiz anlamda maddeden oluşan işte bu %4'lük kısmını tam olarak tanımlamaktadır.
Oysa standart modelin cevap vermediği daha pekçok sorun çözülmek için bizi bekliyor. Mesela:
- Dışarlarda bir yerlerde varlığını bildiğimiz, galaksilerin dönüş hızlarını yavaşlatacak kadar büyük etkilere sahip "karanlık madde" nedir?
- Evrenin sürekli ve hızlanarak genişlemesine sebep olan "karanlık enerji" nedir?
- Bildiğimiz 4 temel kuvvet aslında tek bir kuvvetin farklı enerji ve mesafelerdeki farklı yansımalarından mı ibarettir?
- Kuarklar, leptonlar gibi parçacıkların neden farklı farklı kütle değerleri vardır ve bu değerleri belirleyen mekanizma nedir?
- Standart modelde bulunan evrensel sabitlerin değerleri deneylerle tespit edilmiş olsa da o değerlerin, büyüklüklerini belirleyen şey nedir?
- Astronomik boyutlarda tüm uzayı şekillendirecek kadar güçlü olan kütleçekimi kuvveti neden atomik mesafelerde aslında son derece etkisiz ve zayıftır?
- Antimadde diye bir şeyin varlığını biliyor ve deneylerimizde oluşturabiliyorsak da, neden evrende hep madde varken antimadde hiç yoktur?
- Standart modelde keşfedilen 3 parçacık ailesine ilave başka ekzotik parçacık aileleri var mıdır?
- Süpersimetri diye bir şey veya süpersimetrik parçacıklar var mıdır?
- Mini karadelikler, evrenin ilk anları, kuark-gluon plazması, ekstra boyutlar gibi kavramları nasıl anlamalıyız?
Bunlar gibi daha bir çok temel sorunun cevabını aramak üzere CERN'deki tünelin (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) üzerine dört büyük dedektör sistemi konuşlandırılmıştır. ALICE, ATLAS, CMS ve LHCb adındaki bu farklı dedektör sistemleri yukarıda sıralanan sorulara cevaplar aramakta ve kimi zaman da tatlı bir rekabet halinde kendi tutarlılıklarını sınamaktadırlar. Bu dedektörlerden bağımsız olarak pek çok irili ufaklı deneyler de yürütülmektedir.
DEDEKTÖRLER NASIL ÇALIŞIR?
Adını saydığım dedektörlerin merkezinde çarpışmalar gerçekleşmektedir. Her çarpışma sonucunda yüzlerce alt parçacık doğmakta ve dedektörün içine doğru saçılmaktadır. Dedektör bu oluşan yeni parçacıkları kütleleri, elektrik yükleri, momentumları vb. fiziksel özelliklerini ölçerek "etiketler". Etiketlenen her bir parçacığın çarpışma sonrası izlediği yol "iz sürücüler" vasıtasıyla belirlenir. Böylece hangi parçacıkların hangisinden bozunduğu, bozunmadan önce ne kadar ömre sahip oldukları vb. bilgiler elde edilir. Kalorimetreler ile parçacıkların taşıdıkları enerjiler ölçülür.
Tüm bu bilgileri elde ederken, her dedektör kendisine has bir mekanizma ve farklı bir yöntem kullanır. Böylece, farklı yollarla farklı yerlerde yapılan farklı deneylerin sonuçlarını karşılaştırmak mümkün olur. Güncel bir örnek vermek gerekirse, farklı fiziksel yapılara sahip ATLAS ve CMS dedektörleri, Higgs parçacığını aynı kütlede ve aynı özelliklere sahip olarak keşfetmiştir. Böylece her iki dedektör de birbirini doğrulamıştır. Bu sayede bilimin çok önemli bir gereği olan "tekrarlanabilirlik" ilkesi sağlanmıştır.
MÜHENDİSLİK
CERN'de fizikçi sayısının 10 katı kadar mühendis ve teknisyen görev almaktadır. Böylesi bir mühendislik harikasını ortaya çıkarmak için tabii ki bunca teknik elemanın desteği gerekiyor. Aşırı radyasyona maruz kalacak, yıllarca arıza vermeden çalışacak ve mikron mertebesinde keskinliğe ve belirliliğe sahip olacak binlerce ton ağırlığındaki cihazlardan bahsediyoruz. Deneyin her aşamasında mühendisler pek çok meydan okumayla karşılaşmaktalar. 27 kilometrelik tünel, evrenin bilinen en soğuk ve en "boş" yeridir. Ayrıca dedektörlerin sahip olduğu korkunç manyetik alan değerlerine ulaşmak için devasa süper iletkenlerin kullanıldığı mıknatıslar inşa edilmiştir.
Tüm bu organizasyonu bir arada tutan birkaç ana departman vardır. Fizik, bilgi teknolojileri (IT), ışınlar, mühendislik, teknoloji, finans - lojistik ve bilgi transferi, insan kaynakları, ve genel hizmetler departmanları bulunmaktadır.
CERN NİÇİN VAR?
CERN'de üretilen bilgi "gizlemek" için değil, "yayınlamak" içindir, insanlığın hizmetine sunmak içindir, binlerce yıllık bilgi dağarcığımızı büyütmek, gelecek nesillerin o bilgiden yeni sentezler yaparak yeni teknolojilere yol bulmalarını sağlamak içindir. Hele günümüzde, neredeyse tek değer kriteri maalesef ki yayımladığı makale sayısına indirgenen binlerce akademisyenin çalıştığı bir kurumda bilgi saklamak, mümkün değildir.
CERN, bir laboratuardan çok ötedir. Eğer bir gün yıldızlar arası yolculuğa imkan sağlayacak teknolojilere sahip olacaksak, bu da doğayı daha iyi tanımlamamız ve daha kesin anlamamız sayesinde olacaktır. Bunun yolu da günümüzde CERN ve benzeri hızlandırıcı teknolojilerinden geçmektedir. Bu yüzden, acizane CERN'de (ve benzeri büyük araştırma kuruluşlarında) son derece aktif bir ülke olarak yer almayı o kadar önemsiyorum ki, ülkece mutlak hedef olarak belirlediğimiz Avrupa Birliği'nde, hatta NATO'da, Birleşmiş Milletler'de bulunmaktan daha öte bir gayretle, bu organizasyonun vazgeçilmez bir parçası olmak için çalışmamız gerektiğini düşünüyorum.
Tüm bunlara ek olarak, bu tür temel bilim araştırmaları teknolojiye dolaylı yoldan birçok katkı yapmaya devam ediyorlar. Bugün tüm hayatımızı değiştiren internet teknolojilerinin kaynağının, CERN'deki bilgi aktarımı problemine bulunan basit bir çözüm olduğunu bilen kaç kişi vardır?
Yorumlar
Yorum Gönder