CERN için 8 Kat Güçlü Çarpıştırıcı Tasarlanıyor

Bilim insanları İsviçre’deki CERN parçacık hızlandırıcısı için 8 kat güçlü bir çarpıştırıcı tasarlıyor. 100 km çapındaki Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı (FCC) proton ve elektronları görülmemiş hızlarda çarpıştırıp parçalayacak. Böylece karanlık madde ve antimaddenin sırlarını çözecek. Peki FCC nasıl çalışıyor?

26 milyar dolar

Avrupa Nükleer Enerji Merkezi (CERN), 13 teraelektronvolt enerji düzeyi ile bugün dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı olan LHC’nin yerine (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) yeni FCC’yi (Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı) tasarlıyor.

Cenevre yakınlarında yeraltına inşa edilecek dairesel çarpıştırıcı FCC, 26 milyar dolara mal olacak ve 2050’de kullanıma girecek. 100 km çapındaki FCC, 27 km çapındaki LHC’den 3,7 kat büyük ve 100 teraelektronvolt (100 TeV) enerji üretimiyle yaklaşık 8 kat güçlü olacak.

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı, LHC gibi sadece protonları kafa kafaya çarpıştırmayacak. Aynı zamanda elektron-pozitron (antielektron) ve belki de elektron-proton çarpışmaları gerçekleştirecek. Bu ne demek derseniz:

Elektronlara geri dönüş demek

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı, CERN tesislerinde 1989’da kullanıma giren ve dünyanın en güçlü elektron-pozitron çarpıştırıcısı olan LEP’den (Büyük Lepton Çarpıştırıcısı) yaklaşık 150 kat güçlü olacak. Aslında 2000’de emekliye ayrılan LEP’ten sonra inşa edilen ilk elektron-pozitron çarpıştırıcısı olacak. Peki bütün bu sayı ve terimler atom fiziği için ne anlama geliyor?

İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?

 

Kütle enerjidir

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı, 100 TeV’lik maksimum enerji düzeyi ve 30 TeV kütle kapasitesi ile bugüne dek bilinmeyen yepyeni parçacıklar keşfedecek. Sonuçta kütle enerji cinsinden yazılıyor. Bu nedenle parçacıkların kütlesini de gigaelektronvolt (GeV) ve teraelektronvolt (TeV) olarak yazıyoruz.

Bir parçacık hızlandırıcısı parçacıkları ne kadar hızlı çarpıştırırsa o kadar yüksek enerji düzeyine erişiyor ve o kadar güçlü oluyor. Örneğin, LHC protonları ışık hızının yüzde 99,999999991’i ile çarpıştırarak 13 TeV enerjiye erişiyor.

Parçacıkların kafa kafaya çarpışmasını dikkate alırsak bu da LHC’nin bugünkü ekipmanlarla maksimum 8 TeV (133 KJ) kütlesinde parçacıklar keşfedebileceği anlamına geliyor. Biz de LHC’den 8 kat güçlü olan FCC’nin nasıl yeni parçacıklar keşfedeceğine bakalım. Ancak önce şunu bilelim:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

30 TeV kütleli parçacık yok ki!

Gerçekten de LHC’de bugüne dek keşfedilen en kütleli parçacık, maddeye kütle kazandıran Higgs enerji alanının parçacığı olan Higgs bozonuydu (fizik kuvvetlerini taşıyan parçacıklara bozon diyoruz. Elektromanyetik kuvveti taşıyan ve ışığı oluşturan foton da bir bozondur).

Ancak, 2012’de bulunan Higgs parçacığının kütlesi yaklaşık 125 GeV’dir. Evrende bilinen en cüsseli temel parçacık olan; yani proton gibi başka parçacıklardan oluşmayan üst kuarkın kütlesi de yaklaşık 175 GeV’dir.

Bu da sadece 0,175 TeV’e eşit. Dolayısıyla FCC’nin maksimum 30 TeV (16,7 GJ) kütleli parçacıkları gözlemleme kapasitesine sahip olması, evrende hiç bilmediğimiz yepyeni parçacıklar keşfedebileceği anlamına geliyor. Peki bu ne demek hocam derseniz:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Süpersimetri derim

Bütün evreni tek bir denklemle açıklayacak her şeyin teorisine en güçlü aday olan süpersicim teorisinin çalışması için süpersimetrik parçacıklar gerekiyor. Bunlar standart modelde yer alan nötrino gibi parçacıkların iri cüsseli süpersimetrik kardeşleridir (nötrinoya karşılık nötralino gibi).

Ancak, LHC süpersimetride öngörülen süpersimetrik parçacıkları sicim teorisinde öngörülen enerji düzeyinde gözlemlemeyi başaramadı. Bu da iki şey anlamına geliyor: Ya sicim teorisi yanlış ya da süpersimetrik parçacıklar LHC’de tespit edilemeyecek kadar büyük kütleye sahipler.

Sonuçta FCC’nin 30 TeV’e kadar parçacık tespit edebilecek olması, evrende 30 TeV kütleli parçacıklar olduğu anlamına gelmiyor. Ancak, süpersicim teorisi doğruysa Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı, LHC ile tespit edilemeyecek kadar cüsseli olan birçok olası süpersimetrik parçacığı keşfedebilecektir.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Yeni bir fizik mi geliyor?

FCC kullanıma girince bize yepyeni bir fiziğin kapılarını aralayacak. Böylece aşağıdaki soruların yanıtını bulabileceğiz:

• Evrende neden antimadde ile madde eşit miktarda değil? Kısacası madde-antimadde asimetrisinin kaynağı nedir? Gerçi eşit miktarda olsaydı antimadde ve madde birbirini yok eder ve sıradan maddeden oluşan biz insanlar da bugün burada olmazdık. Selçuk Erdem karikatürü gibi konuşursak neden öyle? 🙂
• Süpersicim teorisi doğru mu? Süpersimetrik parçacıklar var mı? Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı 15-20 TeV kütleye kadar bütün olası süpersimetrik parçacıkları tespit edebilecek.
• Karanlık madde nedir? Ne tür parçacıklardan oluşuyor?
• Nötrinolar nasıl kütle sahibi oluyor? Neden foton gibi kütlesiz parçacıklar değiller?
• Ancak, FCC kütleçekim kuvvetinin taşıyıcısı olduğu düşünülen teorik graviton parçacığını tespit edemeyecek. Bunun nedenini ayrıca yazacağım.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Yeni parçacıklar

FCC’nin teknik özellikleri hakkında kısaca bilgi verdik, fizikte hangi sorulara yanıt vereceği ve ne tür yeni parçacıklar keşfedebileceğini gördük. Şimdi de yeni parçacıkları nasıl tespit edeceğine bakalım:

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı, 100 TeV enerji üreterek milyarlarca Higgs bozonu ve trilyonlarca üst kuarkı birbiriyle çarpıştıracak kadar güçlü olacak. Sadece 20 TeV kütleye kadar bütün olası süpersimetrik parçacıkları gözlemlemekle kalmayacak. Aynı zamanda kuarkların da içini görecek.

Kuarkların içini 10^-21 metre (metrenin milyarda trilyonda biri) çözünürlüğe kadar araştırabilecek. Böylece kuarkların gerçekten temel parçacıklar olup olmadığına bakacak.

Bu ne demek?

Bazı bilim insanları evrende sonsuz sayıda veya çok daha fazla sayıda temel parçacık olduğunu düşünüyor. Buna göre kuarklar da bugün göremeyeceğimiz kadar küçük parçacıklardan oluşuyor. FCC çok daha yüksek çözünürlüklü bir atomaltı mikroskop gibi davranarak varsa bunları keşfedebilir.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Standart modelin ötesinde

Gerçi birçok bilim insanı gibi ben de evrende temel parçacıkların sonlu sayıda olduğunu düşünüyorum. Varlık ve bilim felsefesi açısından bakarsak sonsuz sayıda veya çok fazla sayıda temel parçacığın evrenin doğasını anlamamızı imkansız hale getireceği veya çok zorlaştıracağını düşünüyorum.

Yine mantıkta Occam’ın Usturası denilen sadelik ilkesinden hareketle, evrende elle sayabileceğimiz kadar az sayıda temel parçacık olduğuna inanıyorum. FCC kuarkların temel parçacıklar olduğu göstererek bu yaklaşımı ispat edebilir.

Aslında evrende her zaman göremeyeceğimiz kadar küçük parçacıklar olduğunu söyleyebilirsiniz. Ancak, FCC’nin kuark gözlemleme çözünürlüğü o kadar yüksek olacak ki fizik teorilerinin üst enerji eşiklerini çok net belirleyecek. Böylece evrende sonsuz sayıda parçacık olmadığını sigma 5 kesinlik derecesinde; yani pratikte yüzde 100 kesin olarak gösterebilecek.

İlgili yazı: Çin Ay’dan Helyum 3 Füzyon Yakıtı Getirecek

 

FCC’nin yararları

Şimdi FCC’nin diğer faydalarına bakalım: Bir kere 100 TeV ile radyoaktif atomların nasıl bozunduğunu, çarpışan parçacıkların hangi gerçek ara parçacıkları üreterek başka parçacıklara ayrıldığını veya dönüştüğünü görebileceğiz.

Bakın bu nokta da fizik bilimi açısından çok önemli; çünkü halk arasında CERN parçacık hızlandırıcısıyla ilgili bir yanlış anlama var ve bunun için protonlar çarpışınca ne olduğuna bakmamız gerekiyor:

Protonlar çarpışınca parçalanıyor ve kendilerini oluşturan kuarklara ayrılıyor. Çarpışan protonlar aynı zamanda birçok farklı parçacıktan oluşan bir parçacık yağmuru oluşturuyor. Oysa insanlar genellikle bunların da protonların içinden çıktığını zannediyor. Sanki protonlar su kesesi de çarpışınca patlıyor ve içindekini kusuyorlar.

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Böyle bir şey yok

Gerçekte iki proton çarpışınca kendilerini oluşturan kuarklara ayrılıyor (protonlar bir aşağı ve iki yukarı kuarktan oluşuyor ve tabii ki bunları birbirine bağlayan gluonlardan). Buna ek olarak çarpışmada büyük enerji açığa çıkıyor ve bu enerji de çok sayıda farklı parçacıktan oluşuyor.

Ancak, bunlar protonların içinden çıkmıyor; çarpışma anında yaratılıyor. LHC’deki Atlas detektörü işte bu parçacık yağmuruna bakarak içlerinde bilinmeyen yeni parçacıklar bulmaya çalışıyor.

Öte yandan, parçalanma olayı çok hızlı gerçekleştiği için aslında biz yeni parçacıkları da göremiyoruz. Bunlar yok olduktan sonra detektörlerde bıraktığı izleri görüyoruz (tıpkı güneşe bakarsanız gözünüzde lekeler oluşması gibi).

FCC bunları da inceleyecek

Proton gibi bileşik parçacıkların ne tür parçacıklar oluşturarak parçalandığını görecek. Protonların parçalanmasıyla serbest kalan kuarkların kendi çevresinde nasıl döndü ve nasıl saçıldığını daha iyi görecek. Böylece nükleer fizik etkileşimlerini daha iyi anlamamızı sağlayacak. Biz de buna bakarak daha gelişmiş nükleer füzyon santralleri ve hatta füzyon roketleri tasarlayacağız.

İlgili yazı: Yoksa Kara Delikler Yok mu? İşte Size 5 Çılgın Alternatif

 

Başka?

FCC’nin marifetleri say say bitmez. Bunların arasında ağır iyon çarpıştırma özelliği de var. Kısacası sadece protonlar gibi hadronları değil, Helyum 4 çekirdeğinden daha ağır olan büyük atom çekirdeklerini de birbiriyle çarpıştırabilecek (bunlara ağır iyonlar diyoruz). Böylece nükleer fiziği çok daha iyi anlayacağız.

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı sadece LHC benzeri bir hadron çarpıştırıcısıyla sınırlı olmayacak. Aynı zamanda eski LEP gibi bir elektron-pozitron çarpıştırıcısı da içerecek. CERN parçacık fiziği araştırma merkezinin sunduğu son raporda bu ekipman FCC –ee olarak adlandırılıyor.¹

Bilgi Üniversitesi öğretim görevlisi ve eski Popular Science Türkiye dergisi yazarı olarak; 2016’da CERN Bilgi Transfer Grubu Direktörü Profesör Giovanni Anelli ile yaptığım söyleşiden edindiğim bilgiye göre, FCC elektron-pozitron çarpışmaları 90-350 GeV enerji üretecek.

Böylece üst kuarklar ve Higgs bozonuna ek olarak zayıf nükleer etkileşime aracılık eden Z ve W parçacıklarını daha iyi inceleyebileceğiz. Bu da yine daha sonra yazacağım elektrozayıf simetri kırılmasını çok daha iyi anlamamızı sağlayacak.

İlgili yazı: Evreni Aydınlatan En Garip Ölümsüz Yıldızlar

 

Teknoloji transferi

Profesör Giovanni Anelli’in yönettiği CERN Bilgi Transfer Grubu, aynı zamanda dünyanın en büyük teknoloji transfer ofisidir (TTO) ki bu ofis; her gün kullandığımız world wide web (www), dokunmatik ekran ve mouse teknolojilerini transfer etmiştir.

Bu sebeple LHC’den yaklaşık dört kat büyük ve 8 kat güçlü olacak 100 km çapındaki FCC’nin inşa edilmesi için de yepyeni teknolojiler geliştirileceğini söyleyebiliriz. Peki bugünün parasıyla 26 milyar dolara mal olacak FCC inşaatında hangi teknolojiler kullanılacak?

İlgili yazı: Lazer Füzyon Roketi Daedalus ile Yıldızlara Yolculuk

 

Bunları da görelim

Öncelikle süperiletkenler, derin dondurma sistemleri (kriyojeni), malzeme bilimi ve bilgisayar bilimlerinde yeni ilerlemeler kaydedeceğiz. Özellikle de endüstri 5.0’ı getirecek olan nükleer füzyon teknolojisi; CERN için bugün akla gelmeyen süper dayanıklı alaşımlar geliştirmemizi sağlayacak.

Bu sayede metalik hidrojene benzeyen ve belki de oda sıcaklığında çalışan süperiletkenler geliştirerek Avatar filmindeki gibi dünyayı değiştireceğiz. Veri yönetimi ve veri transferi açısından kuantum bilgisayar ve kuantum internet sistemleri kuracağız, kuantum ışınlamadan yararlanacağız.

Kısaca sıralarsak

• 16 Tesla gücünde yüksek alan hızlandırıcı mıknatıslar ve süperiletkenler (niobyum-titanyum) geliştireceğiz.
• Elektrik şebekesinden parçacık çarpıştırmakta kullanılan parçacık ışınlarına güç sağlamak üzere; elektrik enerjisini hızlandırıcıya aktaran 100 megawattlık radyo frekans hızlandırma sistemi kuracağız (Mars’a gidecek VASIMR plazma roketlerinde kullanılan teknolojinin bir benzeri).
• Helyum soğutmasına benzeyen büyük ölçekli ve yüksek verimlilik derin dondurma sistemleri tasarlayacağız (-268,65–271,35°C).

İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?

 

Çarpıştırıcı 2050’de geliyor

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı önümüzdeki 30 yılda üç aşamalı olarak inşa edilecek. Böylece tek seferde 26 milyar dolar harcamak gerekmeyecek (Sonuçta CERN dünyanın askeri veya ticari çıkarlar için finanse edilmeyen en büyük bilimsel araştırma projesi ve bu projeye para bulmak gittikçe zorlaşıyor).

Ayrıca üç aşamalı inşaat programı sayesinde, yeni araştırmalar için 2050’ye kadar beklemeye gerek kalmayacak ve bilimsel araştırmalar LHC emekliye ayrıldıktan sonra da kesintisiz devam edecek. Her durumda LHC inşaat planları 2020’de kesinleşecek. Aşamalar ise şöyle sıralanıyor:

• Elektron-pozitron çarpıştırıcısı
• Proton-elektron çarpıştırıcısı
• 8 kat hızlı proton-proton çarpıştırıcısı

Nitekim 80’li yıllarda da benzer bir plan uygulanmış, LHC’den önce elektron çarpıştırıcısı LEP inşa edilmişti. Böylece proton-proton çarpıştırıcısı LHC için gereken teknolojiler kademeli olarak geliştirilmişti.

İlgili yazı: Artık Ormanlar Küresel Isınmaya Yol açıyor

 

Küresel ısınma

Çin Ay’dan Helyum 3 çıkaracak yazısında belirttiğim gibi, CERN’e finansman bulmak için önümüzdeki en büyük engel petrol şirketleri. Bunlar küresel ısınmaya yol açıyor ve iklim değişikliğine bağlı olarak hükümetlerin maliyetlerini artırıyor.

Bir yandan yurttaşlardan oy almak ve diğer yandan petrol şirketlerinin çıkarlarını korumak isteyen politikacılar da bütçeyi Yakın Doğu enerji kaynakları mücadelesi ile doğal afet tazminat-telafi programlarına aktarıyor.

Bu nedenle başkan, başbakan ve cumhurbaşkanı bilim-teknoloji danışmanları bile politikaya bulaşıyor. Örneğin, Brexit süreci ile bir türlü AB’den çıkmayı başaramayan İngiltere’nin eski Bilim Başdanışmanı Profesör David King, 100 km çapında bir dairesel çarpıştırıcıya para ayırmak istemiyor.

Sanki küresel ısınmaya başta Amerikalı, Rus, İngiliz ve Çinli kapitalistler yol açmıyormuş gibi; “20 yılda denizlerin yükselmesiyle evsiz kalacak 150 milyon iklim mültecisi geliyor. Temel bilimlere para ayırmak yerine onlara para ayıralım” diyor.

İlgili yazı: Küresel Isınma Yüzünden Türbülans Artacak

 

Sorumsuzluk ve abesle iştigal

Burada sizlere Marx’ın temel ilkesini hatırlatmak istiyorum: Ekonomik üretim biçimleri değişirse yönetim ve yönetişim biçimleri değişir. Buradan devam edecek olursam; ekonomik üretim biçimleri teknolojiyle değişir ve teknoloji de temel bilimlere yatırım yaparak eğitimle gelişir.

Küresel ısınmadan kurtulmak için teknolojiyi geliştirmek ve yurttaşları bilim sevgisiyle eğitmek şarttır. Özetle İngiltere, Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı ve CERN’e yatırım yapmazsa küresel ısınmadan büyük zarar görecektir.

Ancak, yatırım yaparsa yurttaşlar en iyi politikanın bilimle yapıldığını görecek ve petrol şirketlerini değil de yenilenebilir temiz enerji kaynaklarını savunan politikacıları seçerek küresel sermayenin statükocu oyununu bozacaktır. Böylece küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliğini önleyecektir.

İlgili yazı: Küresel Isınma Sebebi Metan 10 Kat Arttı

 

Bir de bozonik var elbette

Nasıl ki elektronik var (elektron bilgisi ve bundan türetilen elektronik cihazlar; yani dünyayı değiştiren bilgisayarlar, akıllı telefonlar ve internet), bir de bozonik var: Bozonik fizik kuvvetlerinin taşıyıcısı olan, yani fiziksel etkileşimlerin aktarılmasına aracılık eden bozon parçacıklarının bilgisidir. Gluon ve foton gibi bozonları daha iyi tanırsak fizikte hayal edilemeyecek seviyelere ulaşırız.

Bozonik çok az enerji kullanarak inanılmaz verimli işler yapmamızı sağlayacak. Nükleer füzyon santrallerinden güçlü ve onlardan daha verimli laptop pilleri geliştirmemize izin verecek. İnsanlığın çok az enerji ile çok büyük bir nüfusu beslemesini sağlayacak.

Küresel ısınma ve açlığa karşı sera kentler kurmak, Güneş’i kafese kapatarak enerji üretimini artıran Dyson küreleri inşa etmek, sentetik biyoloji sayesinde Marvel çizgi romanlarındaki Bay Fantastik gibi şekil değiştiren vücutlara sahip insanlar geliştirmek gibi bugün kulağa imkansız gelen birçok teknoloji bozonik sayesinde mümkün olacak.

Bozonik uzay asansörlerinden asteroit madenciliğine kadar birçok teknolojinin geliştirilmesini sağlayacak. Küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliğinden ve çevre kirliliğinden kaynaklanan açlık tehlikesi nedeniyle insan türünün soyunun tükenmesini önlemenin yolu bozonik araştırmalarından geçiyor (Bkz. Soğuk bozon yıldızları var mı?)

İlgili yazı: Her Parçacıkta Başka Bir Evren Var mı?

 

Özetle 639 milyar dolar

ABD’nin örtülü ödenek hariç 2018 savunma bütçesi 639 milyar dolar. Oysa biz otuz yılda sadece 26 milyar dolar harcayarak bozonik teknolojisini geliştirip insanlığı ve dünyayı kurtarabiliriz; aslında kendimizden kurtarabiliriz.

Oysa Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı ile keşfedeceğimiz bozonik bilim dalı hakkında hemen hiçbir şey bilmiyoruz. Nitekim CERN’den Dr. Frédérick Bordry, CERN’e para ayırmaya ne gerek var diyen vizyonsuz danışmanlara şu cevabı veriyor:

“Ünlü fizikçi J. J. Thomson dünyanın ilk parçacık hızlandırıcıları ile 1897’de elektronu keşfetmeseydi bugün elektronik yoktu. İnternet sayfalarından oluşan global ağı da (www) CERN icat etti. Bozoniğin ne olduğunu bilmiyorum; ama dünyayı değiştireceğinden eminim.”

Biz de küresel sermayenin esaretinden kurtulmak ve tam bağımsız olmak istiyorsak temel bilimlere yatırım yapmalıyız. Bir an önce (tıpkı AB’nin birkaç yıl önce davet ettiği gibi) CERN’e tam üye olup yönetim kurulunda oy hakkına sahip olmalıyız.

İlgili yazı: Sicim Teorisi Evreni Tek Denklemle Açıklayabilir mi?

 

İnsanlığın kurtuluşu

Bugün küresel sermaye, küresel ısınmaya bağlı iklim değişikliğini bir silah olarak kullanıyor. Toplumsal olaylar ve savaşlar yoluyla halka baskı yapıyor. Dünyayı kurtarmak için CERN’e değil de tarıma yatırım yapın gibi çözümler sunuyor (sanki biyoprinterlar ve sentetik etle ikisine birden yatırım yapılamazmış gibi).

Böylece halkları ulusal güvenlik gerekçesiyle demokratik olmayan hükümetleri seçmeye zorlayarak dünya düzenini devam ettiriyor. Sürekli problem çıkartarak eğitimi geri plana atıyor. Ancak insanların özgür, varsıl ve mutlu olması lazım. Bu gelecek ise temel bilimlerde; nükleer füzyon, güneş enerjisi, endüstri 5.0, blockchain türevleri ve özgür internet meshnet’te yatıyor.

Peki CERN’ün önümüzdeki yıllarda boş durmayacağını ve donanım yükseltmesi alacağını biliyor musunuz? Onu da CERN Artık 10 Kat Hızlı Çalışacak yazısında okuyabilir, CERN 5 Yeni Parçacık Keşfetti yazısında protonları yakından tanıyabilir ve kütle–enerji ilişkisini de Kütle ve Enerji Nedir? başlığı altında çözebilirsiniz. Keyifli okumalar.

Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı

¹Future Circular Collider
²Can Gravitons Be Detected?