Untitled - CERN Indico

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