2
NEDEN?? : Yüksek enerjilerde parçacıkları çarpıştırıyoruz. Parçacıkları kırıp içlerine bakmak istiyoruz. DENEY Hızlandırıcılar Bugün Evreni oluşturan tüm enerji toplu iğne ucu büyüklüğünden küçük bir hacmin içindeydi! LHC Zaman, uzay ve madde Büyük Patlama sırasında ortaya çıktı. Patlamadan sonra Evren soğuyup, genişlemeye devam ederken bugün Standard Model ile bir kısmını açıkladığımız parçacıklar ve kuvvetler oluşuyordu. Bugün Evren i yöneten fizik yasalarının doğuşunu anlayabilmek için, oluşumu sırasındaki koşulları sağlamamız gerekiyor. yaklaşık 14 milyar yıl önce... Küçük hacimde, yüksek enerji! 3 4
Neden Hızlandırıyoruz? Bir parçacığı hızlandırmak demek ona enerji yüklemek demektir. Hızlandırılmış bir parçacık yavaşlatıldığında ya da çapıştığında bu enerjı açığa çıkar. Parçacığın enerjisinin büyüklüğüne göre çarptığı maddeyi parcalayabilir ya da başka parçacıkların oluşmasını sağlayabilir. Çarpışma sırasında oluşan enerjinin maddeye dönüşmesi, evrenin başlangıcındaki Büyük Patlama sırasında neler olduğu ve evrenin şu anki halinin nasıl oluştuğu hakkında bilgi verir. 4
Daha önce hiç kimsenin gözlemlemediği çok küçük bir parçacığı nasıl keşfederdiniz Elektronun keşfi, J.J. Thomson, 1897 Parçacık hızlandırıcıları :? Katod ışını tüpü Elektrik yüklü parçacıkları hızlandıran aletlerdir. İlk hızlandırıcı 5
Daha önce hiç kimsenin gözlemlemediği çok küçük bir parçacığı nasıl keşfederdiniz Elektronun keşfi, J.J. Thomson, 1897? Katod ışını tüpü Parçacık hızlandırıcıları : Elektrik yüklü parçacıkları hızlandıran aletlerdir. İlk hızlandırıcı 6
Nasıl Hızlandırıyoruz? Eş yükler birbirini iter, zıt yükler birbirini çeker prensbini kullanıyoruz. Aralarında potansiyel fark olan zıt kutuplu iki plaka arasına koyduğumuz yüklü parçacıklar plakalar arasındaki elektrik alan yüzünden hızlanmaya başlıyorlar. Hızlanan parçacıkların enerjisini Elektron Volt (ev) cinsinden ifade ediyoruz. 1 ev bir elektronun aralarında 1 Volt potansiyel fark olan iki plakanın bir ucundan digerine vardığı sırada sahip olduğu enerji 1 Elektron Volt - - + 1 Volt 7
Nasıl hızlandırıyoruz? - + - - + - - + - - + - Plakaları ard arda dizip, yüklerini surekli değiştirerek parçacığın daha da hızlanmasını sağlıyoruz. + 8
Modern Hızlandırıcılar Yüzey Dalgası Hız, V Modern hızlandırıcılar yüksek enerjilere çıkmak için, güçlü RF (radio-frekans) sistemler kullanır.
Doğrusal Hızlandırıcı SLAC Enerji kazanımı bölgeleri olan RF kavitelerin bir doğru boyunca sıralandığı bir hızlandırıcı düzenektir. Dairesel Hızlandırıcı Parçacıklar eğici magnetler aracılığı ile kapalı bir yörüngede RF lerden defalarca geçirilerek hızlandırılırlar. Tevatron 10
Nasıl Kontrol Ediyoruz Manyetik alan içinde hareket eden yüklü parçacıklar manyetik alanın büyüklüğüne ve hızlarına bağlı olarak yön değiştirirler. Parçacığı manyetik alanlar içinden geçirerek nasıl hareket edeceklerini kontrol ediyoruz. Değişik mıknatıs şekilleri bize parçacıkların hareketlerini hassas bir şekilde kontrol edebiliyoruz. e- 11
Parçacık hızlandırıcıları Elektrik alanlar ile parçacıkların enerjisini Manyetik alanlar ile yönlerini kontrol eder. Sabit hedef deneyleri Çarpıştırıcı deneyleri 12
Cosmotron: İlk modern proton hızlandırıcısı Brookhaven Ulusal Laboratuvarı Ocak 1953, E = 3.3 GeV 1 sn lik hızlandırma ile protonlar 135,000 defa dönerek 3.3 GeV ye ulaşıyorlar. Sabit hedef deneyi. 1970 lerden sonra kafa kafaya çarpışma deneyleri. 13
met DENEY Hızlandırıcılar NASIL?? Kar Demet Magnetik(mıknatıssal) Alan :Parçacıkların yörüngesini belirliyoruz. LHC arlıl Enerjisi Yarıçap ığı Dairesel Yörünge için Şart FLorentz = F Merkezkaç CERN, PS 1959
LHC Hakkında Bazı akımı sıcaklığın altında, elektriksel elektriksel direnç göstermediğini keşfetti. LHC'de kulanılan mıknatıslar Sonuç olarak madde içinde elektriksel oluşturan elektronlar çiftler halinde Isınmaya ile enerji kaybı ortadan i r Teknik Bilgiler e kalkar. l t f --direnç Y i ü k ortadan se k maç gnetik aolarak düzenlenmiş hareket ederler. lan lar r e okalkar. luşto p u rabilmek için yüks o ek C akımlar oluşturabil memiz gerekiyor. -- Günümüzde bunu süperiletkenlik teknolojisinden ya rarlanarak yapıyoruz. Akım 11 700 A 15
LHC Hakkında Teknik Bilgiler IR4: Radyo Frekans Hızlandırma CERN Hızlandırıcıları 0.999999c =7000GeV Linac 0.999995c =450GeV IR6: Demet Durdurma Düzeneği IR7: Yönlendirme IR3: Yönlendirme IR8: LHCb DENEYİ IR2: ALICE DENEYİ Booster IR1: ATLAS DENEYİ 0.999c =25GeV PS IR5: CMS DENEYİ Başlangıç Başlangıç SPS 0.3c LHC Burada protonlarla başlıyoruz. LHC: Büyük Hadron Çarpıştırıcısı SPS: Süper Proton Synchrotron u AD: Anti-proton Yavaşlatıcısı ISOLDE: Izotop Ayırıcı Online Aygıt PSB: Proton Synchrotron Öteleyici PS: Proton Synchrotron LINAC: Doğrusal Hızlandırıcı LEIR: Düşük Enerjili İyon Halkası CNGS: Gran Sasso ya CERN Nötrinoları 8 yay şeklinde bölge 8 uzun düz bölge (herbiri 700 metre) 2 ayrı vakum odası Demetler 4 noktada birbirini kesiyor. 16
Large Hadron Collider Dün yanı n man yaklaşık 1 yıllık LHC verisi (20 Güneş yetik 3,5 km) Eiffel 26,7 km uzunluğunda bir çember sistemin alanıdünyanın kulesi en Mont Blanc 9300 süpermıknatıs deki en nın büyük buzdolabı tünelinin boş yer 2,5 150 33000 ton bin katı katı sıcaklık: 1,9K 1 yılda çıkan veriyi Çarpışmaların Concorde Güneşin sıcaklığı: Protonların hızı: ışık CD lere yazsak, (15 Km) -13 iç basınç: 10 atm hızının %99.999991 i. 20km lik bir dağ merkezinden 100 (Montolurdu Blanc tünelini bin kat fazla manyetik alan 8,33T 0.00004 saniyede geçebilirler.) proton-proton carpışmaları saniyede 600 milyon çarpışma Dünyanın en büyük proton enerjisi 7 TeV makinesi Mt. Blanc (4.8 Km) 17
Hadron Çarpıştırıcıları Yüksek enerji sınırlarında keşif LHC, hadronlar için modern bir dairesel hızlandırıcı LHC (CERN) Synchrotron ışınımı parçacığın kütlesi ile ters orantılıdır. Hadron Protonlar Çarpıstırıcıları birleşik PDF ten nesnelerdir (p, iyonlar): nesnelerdir dolayı toplam Lepton Çarpıştırıcıları. Keşfedilen enerji aralıklarında hassas ölçümler ATLAS Deneyi nde iki kütle merkezi protonun çarpışmasının enerjisinin CLIC, ILC leptonlar için modern hızlandırıcılar Başlangıç Leptonlar bilgisayar ortamında bir bölümünü Lepton iyi oluşturulmuş resmi. durumları temel kullanmak Çarpıstırıcıları tanımlanmışt parçacıklar mümkün ır. dır. Hafif parçacıklar için doğrusal hızlandırıcılar OPAL Deneyi Momentum kullanılarak synchrotron ışınımı ile enerji kaybının göstergesi. Bir Z un önüne geçilebilir... bozununun, kuarkantiqkuark çiftinden korunumund türeyerek, iki parçacık an bozunma jetinin bozunması. ürünlerinin 18 analizi kolaydır.
Hızlandırıcıların Kullanım Alanları Yüksek Enerji Fiziği Nükleer Fizik Endüstri Malzeme testleri Gıda sterilizasyonu X-ışınları ile radyografi... Radyoterapi ve Nükleer Tıp Jeoloji, Maden Sanayi, Kimya, Enerji Üretimi ve daha bir çok başka alanlarda. 19
Türkçe Kaynakça Turk Fizik Dernegi Uluslararasi Katilimli Parcacik Hizlandiricilari ve Detektorleri Yaz Okulu (I-VI) Ders Notlari 20
Tüm anlatılanları LHC hızlandırıcıları üzerinde gösteren bir video (1 35 ) 21