CERN
Hızlandırıcılar bir bakıma, maddenin çekirdek yapısına doğru yöneltilmiş dev mikroskoplar gibidir. En büyüklerinden birisi; Avrupa ülkelerinin, Fransa-İsviçre sınırında ortaklaşa inşa etmiş oldukları CERN ('Centre d'Europe pour Rescherches Nuclear') parçacık fiziği laboratuvarlarında bulunuyor. Tesis, çeşitli doğrusal ve dairesel hızlandırıcılardan oluşuyor. Yapımına 1950 yılında başlanmış, fakat zamanla, daha büyük ve güçlü hızlandırıcıların eklenmesiyle geliştirilmiş.

[Link'i Görebilmeniz İçin Kayıt Olunuz.! Kayıt OL]

Eski hızlandırıcılar hala, yenileriyle birlikte, ön hızlandırma amacıyla kullanılıyor. Yandaki resimde tesisin havadan görünüşü, izleyen sayfadaki şekilde ise içerdiği çeşitli bileşenlerin şeması var. Laboratuvarda elektron ve pozitron gibi görece hafif parçacıkların yanında, protonlar ve kurşun gibi ağır iyonlar da hızlandırılıyor. Fakat en büyük hızlandırıcısı, daha çok elektron-pozitron yokedilişi deneylerinde kullanılmak amacıyla yapılmış.

Bunun için, ısıtılan bir metalin saldığı elektronlar, sağ alt köşedeki 'ön enjektör' sisteminin ('LPI, Lep Pre-Injector') doğrusal hızlandırıcısında ('LIL, Lep pre-Injector Linear accelerator') 200 MeV enerji düzeyine hızlandırılıyor. LIL'in orta kısmında, bu elektronların bir kısmı saptırılıp, kalanı ağır bir metalle çarpıştırılmak suretiyle pozitronlar elde ediliyor. Elde edilen pozitronlarla elektronlar, doğrusal hızlandırıcının sonraki aşamalarına yönlendirilip, 600 MeV'a kadar hızlandırılıyor. Daha sonra bir süre için, ön enjektör sisteminin 'elektron pozitron aküsü'nde ('EPA, Electron Positron Accumulator') yörüngelere oturtulup, ters yönlerde dönmeye bırakılıyorlar. Ki bu sırada daha fazla elektron ve pozitron üretilip biriktirilebilsin.

Yeterince birikim sağlandığında, elektronlar ve pozitronlar, dairesel bir hızlandırıcı olan 'proton senkrotronu'na ('PS, Proton Synchrotron') gönderiliyor. İki parçacık demeti; aynı tüpün içerisindeki, birbirinden yeterince uzak yörüngelerde ve zıt yönlerde döndürülerek, 3.5 GeV'a kadar hızlandırılıyor.

Daha sonra, elektronlar TT70, pozitronlar da TT2 ve TT10 bağlantı hatları üzerinden, daha büyük bir dairesel hızlandırıcı olan 'süper proton senkrotronu'na ('SPS, Super Proton Synchrotron') yönlendiriliyor. Parçacık demetleri burada 22 GeV'a hızlandırıldıktan sonra, en büyük dairesel hızlandırıcı olan 'büyük elektron pozitron' hızlandırıcı-çarpıştırıcısına ('LEP, Large Electron Positron collider') gönderiliyor. İki demet burada 104 GeV'a kadar hızlandırılıp, nihayet çarpıştırılıyor.
Hızlandırma işlemi, yanda bir örneğinin resmi görülen 'süperiletken radyofrekans odaları'nda yapılıyor. Böyle bir odada oluşturulan ve yüksek frekansla salınan elektrik alanı, içinden geçen parçacıkları hızlandırıyor.

Örneğin elektron gibi yüklü bir parçacık, 1 V'luk gerilime eşdeğer bir elektrik alanı üzerinden ivmeledirildiğinde, 1eV'luk kinetik enerji kazanıyor ve GeV düzeylerine tırmanabilmesi için, toplam olarak milyarlarca voltluk gerilimden geçirilmesi gerekiyor. Dolayısıyla, işlemin tamamı, ışın tüpü boyunca aralıklarla yerleştirilmiş bulunan, bir veya daha fazla radyofrekans odasında, kademeli olarak gerçekleştiriliyor. Her aşamadaki salınımların frekansı, parçacıklara ek kinetik enerji kazandıracak şekilde ayarlanıyor. Yandaki şekilde, tesisin ön enjeksiyon sisteminde görev yapan bir doğrusal hızlandırıcı kesiti görülüyor. Bu kesit, protonları 50MeV'a kadar hızlandırabiliyor. LEP hızlandırıcısında ise, 100GeV'ın üzerine çıkılabiliyor...

LEP, CERN laboratuvarlarındaki en büyük elektron hızlandırıcısı. Dairesel çevresi 27 km ve ışınlama tüpünün tamamı, yerin en az 100 m altında inşa edilmiş olan bir tünele yerleştirilmiş. İçerisinde 3,368 mıknatıs ile 272 süperiletken ivmelendirme adımı var. Deneyler sırasında bütün bu parçaların, -269 °C'ye kadar soğutulup bu sıcaklıkta tutulması gerekiyor.
Gereken yüksek enerjileri sağlamak için, parçacıklar dairesel yörüngelerde defalarca döndürülüp ivmelendiriliyor. Mıknatıslar parçacıkları belli yörüngelerde kalmayısa zorlarken, özel elektrik alanları, parçacıkların enerjisini her dönüşte biraz daha arttırıyor. Parçacıklar LEP'in çevresinde, dört ivmelendirme aşamasından geçiyor ve her dönüşlerinde 400MeV enerji kazanarak, 104GeV'a kadar çıkabiliyorlar. Yandaki resimde LEP tünelinden bir kısım görülüyor ve yarıçapı çok büyük olduğundan, neredeyse düzmüş gibi görünüyor.

Tüpün içerisinde aynı anda dört elektron ve pozitron demeti, ışık hızına çok yakın hızlarla dolaşabiliyor. Elektron-pozitron demetlerini, hızlandırıcının çevresindeki dört ayrı noktada çarpıştırmak mümkün. Deneylerin yapıldığı bu noktalarda, dört büyük dedektör var. Bilim adamları, çarpışma sırasında olup bitenleri kaydeden bu dedektörler sayesinde, hangi parçacıkların, hangi enerji ve momentumla üretildiklerini inceleyebiliyor. Bu dört dedektörün en büyüğü DELPHI...
DELPHI, 1989 yılında LEP'le birlikte çalışmayısa başlamış. 2000 yılında ise, aynı tünelde LHC hızlandırıcısının yapımına başlanmak üzere, veri alımı durdurulup, devre dışı bırakılmış. Silindir şeklindeki bir merkez ve iki yan kapak kısmından oluşuyor. Çapı ve uzunluğu yaklaşık 10m, toplam ağırlığı 3,500 ton. İzleyen iki resimde, silindir kısmının yandan görünüşü veriliyor. En önemli bileşenleri, çeşitli tiplerdeki 20 alt dedektörü.

En dışta muon odasının, uzun ve düz aluminyum plakalar şeklindeki bazı bölmeleri görünüyor. Onun altındaki, parlak görüntülü demirden tabaklar şeklindeki kalın halka, hadron kalorimetresi. Hadron kalorimetresiyle ondan sonra gelen elektromanyetik kalorimetre arasında büyük bir süperiletken mıknatıs var. Bu mıknatısların oluşturduğu manyetik alanlar, parçacıkları saptırarak momentumlarının ölçülmesini mümkün kılıyor. İçe doğru ilerlerken art arda gelen bölme dizileri, aralarında boşluk kalmaması için, tam olarak üst üste getirilmeyip, kısmen çakıştırılmış.

Aşağıda soldaki resimde, DELPHI dedektörünün ışın tüpüne en yakın konumda bulunan Vertex dedektörünün içi görülüyor. Dış katmanın yarıçapı 10 cm kadar. Merkezdeki dikdörtgen plakalar, silikondan yapılmış yarıiletken belirleyiciler. Dedektörün 'zaman kestirimi bölmesi'nde, ('TPC, Time Projection Chamber'), 'sürüklenme odası' tekniği kullanılmış. Dolayısıyla, parçacık konumları büyük bir duyarlılıkla belirlenebiliyor. Sağdaki resimde ise, DELPHI'nin elektromanyetik kalorimetresinden bir modül görülüyor.

LEP 1989-2000 yılları arasında çalıştıktan sonra, aynı tünelde; LHC ('Large Hadron Collider') adlı daha büyük bir hızlandırıcının yapılması için söküldü. LHC, LEP'ten farklı olarak, proton demetlerini çarpıştıracak. Bu sayede 14TeV'luk çarpışmalar mümkün olacak. İnşaatı devam etmekte olan LHC'nin 2007 yılında tamamlanıp, çalıştırılmayısa alınması bekleniyor. Yandaki şekilde, LHC'de kullanılacak olan dipol mıknatısların modeli var. Birincil parçacık demetleri LEP'te aynı tüp içerisinde hızlandırılırken, LHC'de ayrı tüpler içinde hızlandırılacak.

Yeni LHC hızlandırıcısında, LEP'teki DELPHI'ye benzer iki büyük dedektöre ek olarak, iki özel dedektör daha bulunacak. Bu son ikisinin adları ATLAS ve LHC. ATLAS dedektörünün yapısı, DELPHI'ninkine benzer, fakat çok daha büyük. Tamamlandığında yüksekliği 22, uzunluğu 44 m olacak. Yandaki bu dedektörün yan kapakları ve silindir kısmının iç kesiti görülüyor. Oranlı çizilmiş insan şekillerinden dedektörün büyüklüğünü kestirmek mümkün.

Peki de: Bu dedektörlerde ne tür veriler toplanıyor ve bu veriler ne işe yarıyor?