ALGIÇ FİZİĞİ Ali TEMİZ TTP-6 SAMSUN
ALGI NEDİR? Algı; bilginin alınması, yorumlanması, seçilmesi ve düzenlenmesi anlamına gelir. Algı, duyu organlarının fiziksel uyarılması ile oluşan sinir sistemindeki sinyallerden oluşur. Duyu organlarımız sadece belli aralıktaki ışığı, sesi, kokuları, tatları alabilir. Daha ötesi için algıçlara ihtiyaç duyarız.
İLK ALGIÇLAR En Eski Algıç: Göz Fotonlara duyarlı;120 dereceyle baktığımıza 576 megapiksel çözünürlük sağlayan muhteşem bir organ, Geniş parlaklık, Veri akışı yaklaşık 10mbps Ancak; veriler dijital bir ortama kaydedilemiyor. Dolayısıyla veri transferi günümüz teknolojisi ile mümkün değil
Fotoğraf Makinesi; Temple Bulvarı'nın Louis Daguerre Fotoğraf makinesi ışığı tarafından 1838'in sonlarında ya da (foton) algılar. 1839'un başlarında çekilen bu fotoğrafı, bir insana ait ilk fotoğraftır. Fotoğraf çekmek; Fotonları algılamak ve kaydetmektir. Olan nedir? Geçen parçacıkların(fotonların) ortamı iyonize etmesi. Ortam: Filmlerde kimyasal zerrecikler.
ELEKTRONUN KEŞFİ From: J.J. Thomson: Cathode Rays. Philosophical Magazine, 44, 293 (1897). J.J. Thomson Elektronun varlığını keşfetti. Bu keşifle temel parçacıkların keşfedilme serüvenleri başladı ve algıçlara ihtiyaç duyuldu.
Bulut Odası ; Bulut Odası ; Wilson odası olarak da bilinen bulut odası, iyonize radyasyon tespit etmek için kullanılan bir parçacık detektörüdür. En temel haliyle, bir sis odasında su veya alkol aşırı doymuş buharı içeren kapalı bir ortamdır. Yüklü bir parçacık (örneğin, bir alfa ya da beta parçacık) bu karışım ile etkileşime girer, moleküller de iyonize olur. Oluşan izlerin fotoğrafları çekilir. Parçacık demeti yönüne dik olarak uygulanan manyetik alanla iz bırakan parçacıkların yükü ve momentumu ölçülebilir. Bu algıç sayesinde Pozitron (1932), Muon (1936) ve Kaon (1947) bulunmuştur.
Köpük Odası; 1965-1977 yılları arasında kullanılan bir hadron çarpıştırıcısında, bir miktar hızlandırılmış ışınları durağan bir hedefe (Örneğin hidrojen tankına) yolluyorsunuz. Algıç olarak KÖPÜK ODASI kullanılmıştır. Küçük küçük tek tek atom altı parçacıkları ölçmek istiyorum. Bu sebeple en küçük titreşimden etkilenecek bir ortama ihtiyacım var. Köpük odasında sıvı halde hidrojen belirli bir sıcaklık ve basınç altında tutuluyor, tetikleyiciden parçacıklar gönderiliyor, basınç aniden düşürülüyor ve normalde gaza dönüşmesi gereken hidrojen bu ani değişim ile çok saf olan madde süper üstün ısıtılmış oluyor. Böylelikle en küçük bir titreşim ve çekirdekte bile cevap alınabiliyor. Gargamelle (BEBC) (Köpük Odası)
Tel Odası; 1968 de Georges Charpak tarafından geliştirildi. (1992 Nobel) Yüksek voltajlı bir dizi telin topraklanmış iletken duvarlar arasından geçtiği bir ortamdır. Oda gaz ile doldurulur. ör: argon/metan Odadan geçen parçacıklar gaz atomlarını iyonize ederler. Elektron ve iyonlar elektrik alanda hızlanırlar. Anoda ulaşan elektron sinyalleri okunur. Köpük Odasında parçacık algılama oranı: ~1 Hz Tel Odasında parçacık algılama oranı: ~10³ Hz dir. Parçacıkların algılanmasından doğan elektronik sinyaller bilgisayarlar aracılığıyla incelenir. Tel Odas ı
Günümüzde Algıçlar CMS (Compact Muon Selenoid) 28,7 metre yüksekliğinde, 15 metre genişliğinde ve 14.000 ton! Yerin 92 metre altında
CMS DENEYİNİN AMAÇLARI Yüksek enerji düzeyinde fizik olaylarını incelemek, Higgs Bozonunu incelemek, Proton-proton ve ağır iyon çarpışmalarını incelemek, Standart model ötesindeki fizik modellerini araştırmak, Karanlık madde, madde-antimadde dengesizliği ile ilgili soruları cevaplandırmak.
CMS İÇ YAPISI
PARILDAK Parçacıkların geçtiği yerde ışık oluşturma özelliğine sahip malzemelere pırıldak adı verilir. Plastik veya kristal yapıda olabilirler. Genelde bir ucu açık bırakılacak şekilde ayna görevini görecek bir malzeme ile kaplanan pırıldakların açık ucuna eklenen ışık kılavuzu, pırıltı fotonlarının bir yere toplanmasını sağlar.
İz Sürücüler Uygun maddelerle etkileşim halinde olan ve ortamlardan geçen elektriksel yüklü parçacıkların izledikleri yolu ortaya koyar. İz sürücülerin bir çoğu parçacıkların doğrudan görülmesini sağlayamaz. Fakat cihaza gelen parçacıkların neden olduğu zayıf elektrik sinyallerini kayıt eder. Tek tip parçacık muon, madde ile çok zayıf etkileşir (durdurulmadan önce çok yoğun madde içerisinde metrelerce yol alabilir). Bu nedenle, özellikle muonları tespit etmek için hazırlanmış muon odaları algıçların en son katmanına yapılmaktadır.
NASIL GÖRÜNÜR?
ATLAS(the A Toroidal LHC ApparatuS) ALGICI 46 metre uzunluğunda ve 25 metre çapında. Şimdiye kadar tasarlanmış en büyük algıçtır. 38 ülkeden, 174 üniversite ve yaklaşık 3000 bilim insanının ortak çalışmaları ile tasarlanmıştır. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında her saniyede gerçekleşen 40 milyon olaydan sıradışı olan 350-400 olayı kaydeder.
ATLAS DENEYİNİN AMAÇLARI Higgs Bozonundan, karanlık maddenin oluşumuna extra boyuta kadar geniş bir araştırma aralığına sahiptir. CMS ile aynı bilimsel sonuçlara ulaşmaya çalışsa da farklı çözümleme tekniği ve mıknatıslık sistemi vardır. LHC gelen parçacıklar ATLAS algıcının merkezinde çarpışır ve çarpışma noktasından tüm yönlere yeni parçalar oluşarak saçılırlar. Çarpışma noktasının çevresinde parçacıkların izlediği yolu, momentumunu, enerjilerini ayırmaya sağlayan katmanlardan oluşmuş 6 farklı alt algıç sistemi bulunmaktadır. Büyük mıknatıslarla yüklü parçacıkların izlediği yollar bükülerek momentumları ölçülebilir. ATLAS algıçlarının içindeki etkileşimler muazzam bir veri akışı gerçekleştirir. Hangi bilgilerin kayıt edileceğini hangilerinin ihmal edileceğini belirleyen tetik sistemi bulunmaktadır. Kayıt edilen çarpışmaları analiz etmek için bilgisayar sistemi de kullanılmaktadır.
ATLAS ALGICININ İÇ YAPISI
Alt Algıçları CMS ile Aynıdır.
Nasıl Görünür?
LHC deneyinde kullanılan diğer iki algıç ALICE ve LHCb ALICE( A Large Ion Collider Experiment) LHC deneyinde ağır iyon algıcıdır. Kuark-gluon formu olarak adlandırılan madde fazı durumu, yani aşırı enerji yoğunluğunda kuvvetli etkileşen maddenin fiziğini incelemek için tasarlanmıştır. 26 m uzunluğunda, 16 m yüksekliğinde, ve 16 m genişliğinde 10,000 ton ağırlığında, Fransa da yerin 56 m altında bulunmaktadır. Verilerle 30 ülkeden 100 fizik enstitüsünden 1000 den fazla bilim adamı çalışmaktadır. LHC çarpışmasında Güneş in merkezindeki sıcaklık değerinin 100,000 katı sıcaklık değerine ulaşılmaktadır. Yılın belirli zamanlarında, LHC de kurşun iyonlarının çarpışması sağlanarak, büyük patlama sonrasına benzer laboratuar ortamı yaratılmaktadır. Bu aşırı koşullarda protonlar ve nötronların eridi dediğimiz durumu gerçekleşiyor ve kuarklar gluonlardan kurtularak serbest hale geliyor. Bu duruma kuark-gluon plazması adı veriliyor. ALICE bileşenleri kuark-plazmanın genişlemesi, soğuması üzerine veri toplayarak, günümüz evreni oluşturan parçacıkların oluşumunu açıklamaya çalışır.
LHCb (The Large Hadron Collider beauty ) LHCbeauty (güzellik) adı verilen deney madde ve anti madde arasındaki farkları b kuark diğer adıyla güzellik kuark adı verilen parçacıklar yardımıyla araştırmaktadır. 5600 tonluk LHCb algıcı, ileri spektrometre ve düzlem algıçlardan oluşmuştur. 21 m uzunluğunda, 10 m yüksekliğinde, 13 m genişliğinde ve Fransa'da yerin 100 m altındadır. 66 farklı enstitüden 700 bilim adamı işbirliği oluşturmaktadır. ATLAS ve CMS gibi çarpışma noktasının çevresini saran kapalı algıçların yerine, LHCb deneyinde tek yönde çarpışma sonucu ortaya çıkıp, ileri fırlayan temel parçacıkları algılayan alt algıçlar serisi kullanmaktadır. İlk alt algıç çarpışma noktasına yakın monte edilir ve diğerleri 20 metre aralıklarla sıralanır. Başka forma dönüşmeden LHC tarafından farklı tiplerde bol miktarda kuark oluşturulur. B kuarkını yakalamak için, LHC içinde dönmekte olan ışımaların izlediği yola yakın hareketli tuzak algıçlar LHCb en son teknolojiyle geliştirilmiştir.
ADC(Analog Digital Converter) ile sinyali sayısallaştırmak Sinyal bölgesinin alanı = toplam yük miktarı Osiloskop ile bu alanı ölçüp, beklenen yükü tahmin edilir. ADC okuma sonucu = sonucu yansıtan sayı olay hakkında bilgi verir.
VERİLERİN DEPOLANMASI Saniyede 40 milyon olaydan sadece sıra dışı olan 350-400 olay kayıt altına alıp incelenir. Her yıl olay kaydı= 10 Petabit 10 Petabit= 20 milyon CD!!! Bu bilgiler CERN de gelişmiş bilgisayarlar ve hard disklerde tutuluyor.
Diğer Parçacık Fiziği Algıçları: Nötrino Algıcı: Super-Kamiokande Yerin 1000 metre altında, 50.000 ton saf su ile dolu, duvarlarında 13.000 foton algılayıcı bulunan Super-Kamiokande Algıcı Japonya nın Gifu kentinde bulunuyor.
Kütle Çekim Dalgaları Algıcı; LIGO:(The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory)(ABD) Kütle Çekim Dalgaları ilk defa kaydedildi.
Parçacıkların tüm özelliklerini anlayabilmek için CERN de çalışmalar devam ediyor. BÜYÜK HADRON ÇARPISTIRICISI (LHC)
TEŞEKKÜRLER
Kaynakça : https://indico.cern.ch/event/449239/contribution/10/att achments/1220540/1784124/algicdersi.pdf https://indico.cern.ch/event/383986/contribution/10/att achments/1128483/1612136/ttp4_algic_dersi_saime.pdf https://tr.wikipedia.org/wiki/cms_deneyi https://www.ligo.caltech.edu/gallery http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/sk/index-e.html