CERN ATLAS deneyi evrenin yeni sırlarının peşinde

Evrenin nasıl oluştuğu; doğanın temel kuvvetlerinin nasıl çalıştığı, maddenin yapı taşının ne olduğu insanlığın yüzyıllardır peşinden gittiği en önemli sorular arasında.

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi’ndeki (CERN) Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) yürütülen dört ana deneyden biri olan ATLAS Deneyi, 2009’dan bu yana bu soruların cevaplarını arayarak evrene dair bildiklerimizin sınırlarını zorluyor.

Bu çabaların sonucunda ATLAS Deneyi, 2012’de CMS Deneyi ile birlikte Higgs Bozonu’nun gözlemlendiği deney olarak tarihe geçmişti.  “Tanrı Parçacığı” olarak da adlandırılan Higgs Bozonu’nun gözlemlenmesi, 1960’lardan bu yana “parçacıklara kütle kazandıran mekanizma” olduğu öne sürülen bu parçacığın varlığını kesinleştirerek bilim dünyasında büyük ses getirmiş ve 2013 yılının Nobel Fizik Ödülü'ne konu olmuştu.

38 ülkeden yaklaşık 3000 bilim insanın işbirliğinde yürütülen ATLAS Deneyi’nde Türkiye’nin çalışmalarını BİLGİ Yüksek Enerji Fiziği Uygulama ve Araştırma Merkezi koordine ediyor. 2016 yılında kurulan Merkez, ATLAS Deneyi’nin yanı sıra CERN’deki CAST Deneyi’nde de Türkiye’den yer alan tek kurum olarak karanlık madde ve karanlık enerji adayı bir parçacığı arıyor.

ATLAS dedektörünün verimliliğini artıracak proje

BİLGİ Yüksek Enerji Fiziği Uygulama ve Araştırma Merkezi’nin, ATLAS Deneyi’nde Türkiye’nin sorumlu olduğu çalışmalar için geliştirdiği “CERN - ATLAS Deneyinde Veri Alımı, Veri Analizi ve Algıç Sistemlerinin İşletim, Bakım ve Yükseltme Çalışmaları” projesi Türkiye Atom Enerjisi Kurumu (TAEK) tarafından 3 buçuk sene için yaklaşık 6 milyon TL’lik bir bütçeyle onaylandı.

TAEK tarafından bu zamana dek onaylanan en yüksek bütçeli projeyi yürüteceklerini belirten BİLGİ Yüksek Enerji Fiziği Uygulama ve Araştırma Merkezi Müdürü Prof. Dr. Serkant Ali Çetin, projenin amacını şöyle anlatıyor:

“ATLAS yaklaşık 10 dedektör katmanından oluşuyor ve biz Türkiye olarak en içteki üçüncü katmanda yer alıyoruz. ATLAS’ı canlı tutmamız için ülke olarak yapmamız gerekenler var. Proje kapsamında dedektörün tüm özelliklerinin iyileştirilmesini ve fiziksel kapasitesinin yükseltilmesini amaçlıyoruz.  Buna ek olarak, ATLAS’tan aldığımız verilerin sonucunda değerli bir bulgu elde edip etmediğimizi anlayabilmek için veri kalitesi çalışmaları ve yeni keşif potansiyeli olan fizik analizleri gerçekleştireceğiz.

ATLAS dedektörlerinin verimliliğini artırmak için 2025-2027 yılları arasında dedektörlerin önemli bir bölümü sökülüp iyileştirilerek yeniden kurulacak. Bu çalışmalar kapsamında Türkiye olarak yeni bir dedektör grubunda daha yer alacağız. Bu dedektör Türkiye’de yükseltilerek CERN’e gönderilecek. Türkiye CERN'deki herhangi bir deneyde ilk kez böyle bir yeniden yapılandırma çalışmasını yerel olarak gerçekleştirecek. Bu çalışmalar sayesinde daha kısa zamanda çok daha fazla fizik buluşu elde edebiliyor olacağız.”

Her saniyede 1 milyar proton çarpıştırılıyor

ATLAS dedektörü, Fransa- İsviçre sınırında yerin 100 metre altında ve 27 kilometrelik bir tünelde yer alan ve dünyanın en büyük çarpıştırıcısı olan LHC’den veri alımını sağlıyor. ATLAS Deneyi’nde atom altı parçacıkları çarpıştırılarak etkileşime sokuluyor ve bu etkileşimden elde edilen veriler bilim insanları tarafından analiz ediliyor.

LHC’de her saniyede 1 milyardan fazla proton çarpıştırılıyor. Elde edilen veri hızı ise dünyadaki her insanın 20 eşzamanlı telefon görüşmesi yapmasıyla eşdeğer.

Deney sırasında evrendeki en yüksek ve en düşük sıcaklıkların elde edildiğini belirten Çetin, “Deneyde güneşin merkezindeki sıcaklıktan daha yüksek bir çarpışma sıcaklığı elde ediyoruz. Parçacıkları çarpıştırdığımız hızlandırıcıda ve dedektörlerin bazı kısımlarında ise süperiletken teknolojisi kullanıldığından soğuk ortamlar gerekiyor. O soğukluk da -271 derece, yani evrendeki ortalama sıcaklık değerinden daha soğuk” diyor.   

Yeni egzotik parçacıklar araştırılacak

ATLAS Deneyi’nde temel parçacıkların yapısını ve farklı kuvvetler altında nasıl etkileştiğini açıklayan modern fiziğin en kabul görmüş teorilerinden Standart Model test ediliyor. Son yıllarda deneylerden elde edilen veriler, Standart Model çerçevesinde bilinen parçacık yapıları dışında da yeni parçacıkların var olma ihtimalini kuvvetlendiriyor.

CERN’de yaptıkları deneylerde çalışmalarını Standart Model’in açıklayamadığı egzotik parçacıklar üzerine yoğunlaştırdıklarını belirten Çetin, araştırmalarına ilişkin şunları söylüyor:

“Standart Model şu andaki parçacıkları ve onların etkileşimlerini açıklayan bir kuram. Ancak bu model evrenin nasıl çalıştığını tam olarak açıklamak konusunda yetersiz. Deneylerde parçacıkların özellikleri arasında Standart Model’in açıklayamadığı bazı ilişkiler de görüyoruz. Özellikle Higgs Bozonu’nun keşfinden sonra aldığımız verilerle hep Standart Model’in ötesinde hangi yeni teorinin doğru olabileceğine ilişkin araştırma yapıyoruz. ATLAS Türkiye ekibi olarak Standart Model’in tanımlayamadığı, ancak yeni bir teorik altyapıyla açıklanabilecek ve var olma ihtimali çok güçlü olan egzotik parçacıklar üzerine çalışıyoruz.  Onaylanan projemiz dâhilinde de dünyada çok önemli bir yeri olan kuramsal fizikçi Feza Gürsey’in oluşturduğu model çerçevesinde araştırmalarımızı yürüteceğiz.”

Sağlam taşı bulmak…

Fizik dünyasının şu anda büyük bir bilinmezlik, bir olasılık deryasının içinde olduğunu belirten Çetin, sözlerini şöyle sürdürüyor:

“Bir derede karşıdan karşıya geçmek istiyorsunuz ve basacağınız sağlam bir taş buluyorsunuz. Taşa bastığınızda görüyorsunuz ki önünüzde birçok taş var ve ilerleyebilmek için yine bir sonraki doğru taşı bulmak zorundasınız. Şu anda bütün dünya Higgs Bozunu’nun keşfinden sonra parçacık fiziğinde basması gereken bir sonraki taşı arıyor. Bunun cevabını ise dünyaya CERN verecek.”