algıç fiziği Ali temiz

ALGIÇ FİZİĞİ
Ali TEMİZ
TTP-6
SAMSUN
ALGI NEDİR?
 Algı; bilginin alınması, yorumlanması, seçilmesi ve
düzenlenmesi anlamına gelir. Algı, duyu organlarının
fiziksel uyarılması ile oluşan sinir sistemindeki
sinyallerden oluşur.
 Duyu organlarımız sadece belli aralıktaki ışığı, sesi,
kokuları, tatları alabilir. Daha ötesi için algıçlara
ihtiyaç duyarız.
İLK ALGIÇLAR
En Eski Algıç: Göz
Fotonlara duyarlı;120 dereceyle baktığımıza 576 megapiksel çözünürlük sağlayan
muhteşem bir organ,
Geniş parlaklık , Veri akışı yaklaşık 10mbps…
Ancak; veriler dijital bir ortama kaydedilemiyor. Dolayısıyla veri transferi
günümüz teknolojisi ile mümkün değil…
Fotoğraf Makinesi;
Temple Bulvarı'nın Louis Daguerre
Fotoğraf makinesi ışığı
tarafından 1838'in sonlarında ya da
1839'un başlarında çekilen bu fotoğrafı,
(foton) algılar.
bir insana ait ilk fotoğraftır.
Fotoğraf çekmek; Fotonları algılamak ve kaydetmektir.
Olan nedir?
Geçen parçacıkların(fotonların) ortamı iyonize etmesi. Ortam: Filmlerde kimyasal zerrecikler.
ELEKTRONUN KEŞFİ
From: J.J. Thomson: Cathode Rays. Philosophical Magazine, 44, 293 (1897).
J.J. Thomson Elektronun varlığını keşfetti.
Bu keşifle temel parçacıkların keşfedilme serüvenleri
başladı ve algıçlara ihtiyaç duyuldu.
Bulut Odası ;
 Bulut Odası ; Wilson odası olarak da bilinen bulut odası, iyonize radyasyon tespit etmek için
kullanılan bir parçacık detektörüdür. En temel haliyle, bir sis odasında su veya alkol aşırı
doymuş buharı içeren kapalı bir ortamdır. Yüklü bir parçacık (örneğin, bir alfa ya da beta
parçacık) bu karışım ile etkileşime girer, moleküller de iyonize olur. Oluşan izlerin fotoğrafları
çekilir. Parçacık demeti yönüne dik olarak uygulanan manyetik alanla iz bırakan parçacıkların
yükü ve momentumu ölçülebilir.
Bu algıç sayesinde Pozitron (1932), Muon (1936) ve Kaon (1947) bulunmuştur.
Köpük Odası;
1965-1977 yılları arasında kullanılan bir hadron
çarpıştırıcısında, bir miktar hızlandırılmış ışınları durağan
bir hedefe (Örneğin hidrojen tankına) yolluyorsunuz.
Algıç olarak KÖPÜK ODASI kullanılmıştır.
Küçük küçük tek tek atom altı parçacıkları ölçmek
istiyorum. Bu sebeple en küçük titreşimden etkilenecek
bir ortama ihtiyacım var.
Köpük odasında sıvı halde hidrojen belirli bir sıcaklık ve
basınç altında tutuluyor, tetikleyiciden parçacıklar
gönderiliyor, basınç aniden düşürülüyor ve normalde gaza
dönüşmesi gereken hidrojen bu ani değişim ile çok saf
olan madde süper üstün ısıtılmış oluyor. Böylelikle en
küçük bir titreşim ve çekirdekte bile cevap alınabiliyor.
Gargamelle (BEBC) (Köpük Odası)
Tel Odası;
•1968‘de Georges Charpak tarafından geliştirildi. (1992
Nobel)
•Yüksek voltajlı bir dizi telin topraklanmış iletken
duvarlar arasından geçtiği bir ortamdır.
•Oda gaz ile doldurulur. ör: argon/metan
•Odadan geçen parçacıklar gaz atomlarını iyonize
ederler.
•Elektron ve iyonlar elektrik alanda hızlanırlar. Anoda
ulaşan elektron sinyalleri okunur.
•Köpük Odasında parçacık algılama oranı: ~1 Hz
• Tel Odasında parçacık algılama oranı: ~10³ Hz dir.
•Parçacıkların algılanmasından doğan elektronik
sinyaller bilgisayarlar aracılığıyla incelenir.
Tel Odas ı
Günümüzde Algıçlar
CMS (Compact Muon Selenoid)
28,7 metre yüksekliğinde, 15 metre genişliğinde ve 14.000 ton!
Yerin 92 metre altında…
CMS DENEYİNİN AMAÇLARI
 • Yüksek enerji düzeyinde fizik olaylarını incelemek,
 • Higgs Bozonunu incelemek,
 • Proton-proton ve ağır iyon çarpışmalarını incelemek,
 • Standart model ötesindeki fizik modellerini araştırmak,
 • Karanlık madde, madde-antimadde dengesizliği ile ilgili
soruları cevaplandırmak.
CMS İÇ YAPISI
PARILDAK
 Parçacıkların geçtiği yerde ışık oluşturma özelliğine
sahip malzemelere pırıldak adı verilir.
 Plastik veya kristal yapıda olabilirler.
 Genelde bir ucu açık bırakılacak şekilde ayna görevini
görecek bir malzeme ile kaplanan pırıldakların açık
ucuna eklenen ışık kılavuzu, pırıltı fotonlarının bir
yere toplanmasını sağlar.
İz Sürücüler
Uygun maddelerle etkileşim halinde olan ve ortamlardan geçen elektriksel yüklü
parçacıkların izledikleri yolu ortaya koyar. İz sürücülerin bir çoğu parçacıkların
doğrudan görülmesini sağlayamaz. Fakat cihaza gelen parçacıkların neden olduğu
zayıf elektrik sinyallerini kayıt eder.
Tek tip parçacık muon, madde ile çok
zayıf etkileşir (durdurulmadan önce
çok yoğun madde içerisinde metrelerce
yol alabilir). Bu nedenle, özellikle
muonları tespit etmek için hazırlanmış
muon odaları algıçların en son
katmanına yapılmaktadır.
NASIL GÖRÜNÜR?
ATLAS(the A Toroidal LHC ApparatuS)
ALGICI
 46 metre uzunluğunda ve 25
metre çapında. Şimdiye kadar
tasarlanmış en büyük algıçtır.
 38 ülkeden, 174 üniversite ve
yaklaşık 3000 bilim insanının
ortak çalışmaları ile
tasarlanmıştır.
 Büyük Hadron
Çarpıştırıcısında her saniyede
gerçekleşen 40 milyon
olaydan sıradışı olan 350-400
olayı kaydeder.
ATLAS DENEYİNİN AMAÇLARI
 Higgs Bozonundan, karanlık maddenin oluşumuna extra boyuta kadar
geniş bir araştırma aralığına sahiptir.
 CMS ile aynı bilimsel sonuçlara ulaşmaya çalışsa da farklı çözümleme
tekniği ve mıknatıslık sistemi vardır.
 LHC gelen parçacıklar ATLAS algıcının merkezinde çarpışır ve
çarpışma noktasından tüm yönlere yeni parçalar oluşarak saçılırlar.
Çarpışma noktasının çevresinde parçacıkların izlediği yolu,
momentumunu, enerjilerini ayırmaya sağlayan katmanlardan oluşmuş 6
farklı alt algıç sistemi bulunmaktadır. Büyük mıknatıslarla yüklü
parçacıkların izlediği yollar bükülerek momentumları ölçülebilir.
 ATLAS algıçlarının içindeki etkileşimler muazzam bir veri akışı
gerçekleştirir. Hangi bilgilerin kayıt edileceğini hangilerinin ihmal
edileceğini belirleyen tetik sistemi bulunmaktadır. Kayıt edilen
çarpışmaları analiz etmek için bilgisayar sistemi de kullanılmaktadır.
ATLAS ALGICININ İÇ YAPISI
Alt Algıçları CMS ile Aynıdır.
Nasıl Görünür?
LHC deneyinde kullanılan diğer iki algıç
ALICE ve LHCb
 ALICE( A Large Ion Collider
Experiment)
 LHC deneyinde ağır iyon algıcıdır.
 Kuark-gluon formu olarak adlandırılan madde fazı durumu, yani aşırı enerji




yoğunluğunda kuvvetli etkileşen maddenin fiziğini incelemek için tasarlanmıştır.
26 m uzunluğunda, 16 m yüksekliğinde, ve 16 m genişliğinde 10,000 ton ağırlığında,
Fransa da yerin 56 m altında bulunmaktadır.
Verilerle 30 ülkeden 100 fizik enstitüsünden 1000 den fazla bilim adamı çalışmaktadır.
LHC çarpışmasında Güneş’in merkezindeki sıcaklık değerinin 100,000 katı sıcaklık
değerine ulaşılmaktadır.
Yılın belirli zamanlarında, LHC de kurşun iyonlarının çarpışması sağlanarak, büyük
patlama sonrasına benzer laboratuar ortamı yaratılmaktadır. Bu aşırı koşullarda protonlar
ve nötronların eridi dediğimiz durumu gerçekleşiyor ve kuarklar gluonlardan kurtularak
serbest hale geliyor. Bu duruma kuark-gluon plazması adı veriliyor. ALICE bileşenleri
kuark-plazmanın genişlemesi, soğuması üzerine veri toplayarak, günümüz evreni
oluşturan parçacıkların oluşumunu açıklamaya çalışır.
LHCb (The Large Hadron
Collider beauty )
 LHCbeauty (güzellik) adı verilen deney madde ve anti madde arasındaki




farkları b kuark diğer adıyla güzellik kuark adı verilen parçacıklar
yardımıyla araştırmaktadır.
5600 tonluk LHCb algıcı, ileri spektrometre ve düzlem algıçlardan
oluşmuştur. 21 m uzunluğunda, 10 m yüksekliğinde, 13 m genişliğinde ve
Fransa'da yerin 100 m altındadır.
66 farklı enstitüden 700 bilim adamı işbirliği oluşturmaktadır.
ATLAS ve CMS gibi çarpışma noktasının çevresini saran kapalı algıçların
yerine, LHCb deneyinde tek yönde çarpışma sonucu ortaya çıkıp, ileri
fırlayan temel parçacıkları algılayan alt algıçlar serisi kullanmaktadır.
İlk alt algıç çarpışma noktasına yakın monte edilir ve diğerleri 20 metre
aralıklarla sıralanır. Başka forma dönüşmeden LHC tarafından farklı
tiplerde bol miktarda kuark oluşturulur. B kuarkını yakalamak için, LHC
içinde dönmekte olan ışımaların izlediği yola yakın hareketli tuzak
algıçlar LHCb en son teknolojiyle geliştirilmiştir.
ADC(Analog Digital Converter) ile
sinyali sayısallaştırmak
 Sinyal bölgesinin alanı = toplam yük miktarı
 Osiloskop ile bu alanı ölçüp, beklenen yükü tahmin edilir.
 ADC okuma sonucu = sonucu yansıtan sayı  olay hakkında
bilgi verir.
VERİLERİN DEPOLANMASI
 Saniyede 40 milyon olaydan sadece sıra dışı
olan 350-400 olay kayıt altına alıp incelenir.
 Her yıl olay kaydı= 10 Petabit
 10 Petabit= 20 milyon CD !!!
 Bu bilgiler CERN’de gelişmiş bilgisayarlar ve
hard disklerde tutuluyor.
Diğer Parçacık Fiziği Algıçları:
Nötrino Algıcı: Super-Kamiokande
Yerin 1000 metre altında, 50.000 ton saf su ile dolu, duvarlarında 13.000 foton
algılayıcı bulunan Super-Kamiokande Algıcı Japonya’nın Gifu kentinde bulunuyor.
Kütle Çekim Dalgaları Algıcı; LIGO:(The
Laser Interferometer Gravitational-Wave
Observatory)(ABD)
Kütle Çekim Dalgaları ilk defa kaydedildi.
Parçacıkların tüm özelliklerini anlayabilmek için CERN’de çalışmalar devam ediyor.
BÜYÜK HADRON ÇARPISTIRICISI (LHC)
TEŞEKKÜRLER
Kaynakça :
 https://indico.cern.ch/event/449239/contribution/10/att




achments/1220540/1784124/AlgicDersi.pdf
https://indico.cern.ch/event/383986/contribution/10/att
achments/1128483/1612136/TTP4_Algic_dersi_saime.pdf
https://tr.wikipedia.org/wiki/CMS_deneyi
https://www.ligo.caltech.edu/gallery
http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/sk/index-e.html