CERN DENEYİ

22 Nisan 2010

Kategori: Kategorilenmemiş — admin @ 06:54

CERN, karanlık bir çağda yaşadığımızı gösterecek!

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’deki ‘büyük patlama’ deneyi başarıyla devam ediyor. Bu deneyle başladığı söylenen ‘yeni çağ’ın adı hakkında fikir yürütmek için henüz çok erken; ama geride kalan çağın adı kondu: Karanlık!
Geçen ayın sonunda dünyanın dikkati İsviçre-Fransa sınırındaki Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi CERN’e odaklandı. Çünkü iki yıl önce bir arıza sebebiyle yarım kalan ‘yüzyılın deneyi’ ikinci kez başlatılacaktı. Nihayet 30 Mart’ta ‘mutlu son’a ulaşıldı ve ‘büyük patlama’ deneyi başarıyla gerçekleşti. Yani, yerin 100 metre altında 27 kilometrelik oval tünelde (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) ters istikamette hareket eden protonlar yüksek hızda çarpışmaya başladı. İşte bu olay bütün dünyada olduğu gibi Türk medyasında da geniş yankı buldu. Fakat teknik terimler ve birtakım sansasyonel bilgiler içeren haberler kafaları daha çok karıştırdı. Peki, gerçekte ne olmuştu? Bahsettiğimiz ‘mutlu son’, aslında uzun ve pahalı bir sürecin finali olduğu kadar her şeyin başlangıcıydı da. CERN’de neyin başladığını ve bundan sonra nasıl devam edeceğini, merkezde kadrolu olarak çalışan Türk bilim insanı Dr. Bilge Demirköz’e sorduk. MIT ve Oxford gibi dünyanın sayılı okullarında okuyan Demirköz, genç yaşına rağmen başarılarıyla kendini CERN’e taşıyabilmiş bir isim. CERN’de çalışma hayalini daha lise yıllarında kurduğunu bir röportajında söylemişti. Demirköz’ün ifadelerinden anlıyoruz ki, CERN’deki bilim adamlarının heyecanı had safhada ve sonuçlardan çok ümitliler. Tabii ki maddenin ışınlanması gibi bir sonuca ulaşmayı beklemiyorlar. Öncelikli hedef, karanlık madde (esir) ve maddeye kütle kazandıran Higgs parçacığının keşfi. Eğer bunlar gerçekleşirse asıl devrim o zaman yaşanacak. Mesela 1969 yılında Ay’a çıkılmasıyla başlayan ‘Uzay Çağı’ ve öncesinin aslında ‘Karanlık Çağ’ olduğunun farkına varacağız! Hatta mahiyetini henüz anlayamadığımız maddenin adına ‘karanlık’ demiş olmamıza çok güleceğiz!..
-Deney başladıktan sonra CERN’de hava nasıl değişti? “Artık evrenin sırrını çözüyoruz” ve “Daha her şey yeni başlıyor” şeklinde iki durum kodlarsak, bilim adamlarının psikolojisi hangisine yakın?
İkisi de mevcut aslında. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) çok büyük ve çok karmaşık bir makine. Şu an oturduğum yerin tam altından geçen 27 kilometrelik (km) çemberde ışık hızına çok yakın ve ters yönde dönen parçacıkları düşünmek bana ürperti veriyor. Teknolojinin ve bilimin bunu gerçekleştirebilecek kadar ilerlemiş olması harika bir şey. Ama LHC’nin önünde yine birçok adım var. Çarpışmaların hızının artırılması gibi… Deneylerdeki veri miktarının her gün daha da artması bizi heyecanlandırıyor. Artan verilerle çıkan parçacıkların özelliklerini anlama yeteneğimiz de artmakta. Yavaş; fakat emin adımlarla geleceğin fiziğinin kapısını aralıyoruz.
-Nasıl yani?
Açıklayayım; kasım ayında yaptığımız ilk ölçümler 1960′larda keşfedilen fiziği doğruladı. Bu (geçen) hafta ise ilk olarak 1983’te görülen zayıf kuvvetin taşıyıcıları olan parçacıkları gördük. En ileri parçacık fiziği ölçümlerinin sahibi Fermilab’ın (1967’de ABD’de kurulan ulusal hızlandırıcı laboratuvarı) son on yılda topladığı verilerle vardığı noktaya, altı ay sonra gelmiş olacağız. İşte o noktadan itibaren artık buluşlar başlayabilir. Bu LHC’nin ne kadar etkili olduğunu gösteriyor. Son 15 yıldan beri üzerinde çalışılan bir proje için altı ay ile şu an arasında pek fark yok aslında. İşte onun için CERN’de, bahsettiğiniz her iki his de mevcut.
-30 Mart’tan sonra çalışma temponuzda bir değişiklik oldu mu? CERN yönetiminin özel bir teşekkürü ya da motivasyona dönük uygulamaları var mı?
Bize ekstra bir motivasyon gerekmiyor. LHC’nin çalışır durumda olması ve her gün veri miktarımızın artması zaten olağanüstü bir mutluluk ve çalışma arzusu veriyor. CERN’de hızlandırıcı mıknatıslarının Eylül 2008’de geçirdiği kaza sonrasında ciddi bir motivasyon düşüklüğü yaşadık. O zaman hem CERN hem deney düzeneği yöneticilerinin organize ettiği birkaç kutlama olmuştu. ‘Neyi kutladılar?’ diye merak edebilirsiniz. Evet, bozulan bir makine var elinizde; ama bu makinenin yüzde 99,9’u bitmiş ve çalışabilirliği kanıtlanmış. ‘Daha ne olsun, haydi tekrar iş başına’ diyerek bizi motive ettiler ve işe yaradığını siz de gördünüz. Şu anda biliyoruz ki, bu kaza başımızdan geçmemiş olsa LHC bugün çalıştığı kadar iyi çalışmayacaktı. Annem tabii ki buna da “Her işte bir hayır vardır.” diyor.
-CERN sözcüsü Paola Catapano, çarpışmayı yorumlarken “Bu yeni bir çağın başlangıcıdır.” demişti. Bunu zaman gösterecek; ama orada, ‘yeni başlayan’ çağ için konuşulan isimler var mı?
Bu konuyu ATLAS’ın (LHC dedektörü) kontrol odasında konuşuyorduk biz de. Ne bulacağımızı bilmediğimiz için bir isim koymak çok zor. Bilseydik zaten deneyini yapmazdık! En güzel cevabı Steven Goldfarb (CERN’de çalışan bilim adamlarından) verdi: Asıl bu yaşadığımız çağ, karanlık bir çağ olarak anılacak ve gelecekte şu anki cehaletimize güleceğiz, özellikle karanlık maddenin ne olduğunu anladığımızda ona ‘karanlık’ demiş olmamıza!
-Bu ‘karanlık’ mevzusunu biraz açabilir miyiz?
Bir evren düşünün ki, yüzde 72’sine karanlık enerji, yüzde 23’üne karanlık madde diyelim. Karanlık enerji evrenin sürekli genişlemesini sağlayan bir enerji. Ne olduğu hakkında en ufak bir fikrimiz yok! Karanlık madde ise yerçekimi kanununa uyan bir madde. Fakat bizim bildiğimiz maddeyle ve ışıkla etkileşmiyor. Onun için ‘karanlık’ diyoruz; fakat ne olabileceği konusunda bazı fikirlerimiz mevcut. Geri kalan ancak yüzde 5’i bildiğimiz, gördüğümüz maddeden yapılmış olsun. İşte evrenin gözüyle baktığımızda bu kadar cahiliz. Evreni tanımaya başlamadık bile. Şu noktayı vurgulayayım. Bilmeyenler verdiğim sayılara ‘teori’ diyor. Hayır, bu sayılar kesinlikle birilerinin tasarlaması sonucu ortaya atılmış, fikir yanlış çıkarsa tersinin kanıtlanabileceği sayılar değil. Bunlar ölçümdür. Sürpriz olarak bulunan, kozmik mikrodalga arkaplan ışımasının ve diğer bulguların sonucunda ortaya çıkmış ölçümlerdir. Ölçümlerle teoriyi ayırt etmek çok önemli. Büyük Patlama teorisi yani evrenin sıcak ve yoğun bir ortamdan geldiği ve bu ortamın çok büyük bir hızla genişlediği ise bir teori olmasına rağmen elimizdeki verilere en iyi uyan teoridir. Teoriler, ölçümleri değiştirmez. Evrenin yüzde 95’inin ne olduğunu bilmediğimizi kavramamız çok önemli… Gerçekten de karanlık bir çağda yaşıyoruz; ama LHC projesinin karanlık maddeyi keşfetme ve önümüzü aydınlatma ihtimali yüksek! Karanlık enerji bulmacası ise ancak ondan sonra çözülebilir belki…
-Deneyde, 13,7 milyar yıl önce gerçekleştiğine inanılan Büyük Patlama’dan (Big Bang) ‘hemen sonraki’ şartlar oluşturulmak isteniyor. ‘Hemen sonra’nın bugün tekabül ettiği zaman dilimi nedir?
Yaklaşık 10 üzeri -14 saniye. Yani 0,00000000000001 saniye. Başka bir deyişle nanosaniyenin 100 binde biri. Big Bang teorisini esas alırsak, Büyük Patlama bir saniye içinde evrendeki bütün protonları, elektronları ve nötronları oluşturmuştu bile… Proton ve nötronların birleşmesiyle evrendeki atom çekirdeklerinin çoğu sadece üç dakika içinde oluştu (Stephen Hawking’in meşhur kitabıdır, İlk Üç Dakika). Fakat atom çekirdeklerinin elektronlarla buluşup nötr olan atomları oluşturması yaklaşık 380 bin yıl aldı. En son ölçümler ise ilk yıldızların oluşmasının yaklaşık yarım milyar yıl aldığını gösteriyor.
-CERN’de evrenin sırrını çözebilmek için gerekli şartları oluşturabildiğinize inanıyor musunuz?
Evrenin bir tek sırrı yok. Belki sayısız sırrı var. Bizim yapmaya çalıştığımız şu an elimizde olan büyük sorulara cevap bulmak. Ama o cevapları bulduğumuzda öğrendiklerimiz, yanında yeni soruları da getirebilir. Mesela atomun keşfiyle bilim insanları, ona eski Yunan kültüründen kalma ve ‘en küçük yapıtaşı’ anlamına gelen atom sözcüğünü yakıştırdı, yaklaşık yüz yıl önce. Hâlbuki değilmiş! Sonra atomun da yapıtaşları, yani bir atom çekirdeğinin etrafında elektronlar olduğunu bulduk. Sonra atom çekirdeğinin içinde nötronlar ve protonlar olduğunu keşfettik. Bu süreç içinde bazen sorduğumuz soruların bile yanlış olduğunu öğrendiğimiz zamanlar oldu. Şimdi ise protonun içindeki yapıtaşlarını anlamaya çalışıyoruz. Belki sorduğumuz soruların bazıları yine yanlış. Ama LHC’de karanlık madde ve Higgs parçacığı konularında uygun şartların sağlandığını düşünüyorum. Eğer şu anda ideal değilse, üç sene sonra iki katı enerjiye çıktığımızda bu şartlar sağlanmış olacak.
-100 metre derinlik ve 27 km uzunluk bunun için mi seçildi? Mesela yıllar sonra yeni bir LHC düzeneği kurma ihtiyacı doğabilir mi?
100 metre derinlikteki 27 km’lik tünel LHC’den önce CERN’de çalışmakta olan LEP (Büyük Elektron Pozitron Çarpıştırıcısı) için kazılmıştı. Aynı tüneli kullanıyoruz. LEP deneyi zayıf kuvvet hakkındaki tüm tahminlerimizi doğruladı ve şu anda sormakta olduğumuz soruların doğru sorular olduğu konusunda bize güven verdi. 27 km olmasının sebebi ise coğrafi. Cenevre Gölü ile Jura dağının etekleri arasında eldeki bütçeyle kazılması mümkün en büyük çapta bir çember kazılmış. Çemberde hızlanan parçacıkların erişebileceği enerjinin çemberin genişliği ve parçacıkları çember içinde tutmayı sağlayan mıknatısların kuvvetine orantılı şekilde arttığını düşünürsek, en yüksek enerjiye çıkabilmek için çemberin geniş olması bir avantaj.
Cenevre’nin bir alüvyon ovası konumunda olması ve hızlandırıcının yer üstündeki titreşimlerden en az etkilenmesi için tünel 100 metre derinliğe kazılmış. Ayrıca uzaydan gelen kozmik ışınların etkisi de yer altında azaldığından çarpışmalardan alınan veriler daha sağlıklı oluyor.
LHC’den alacağımız sonuçlar ve keşifleri takiben yeni bir hızlandırıcıya ihtiyacımız olabilir. Büyük ihtimalle bunun düz bir elektron pozitron çarpıştırıcısı olması gerekecek. Bu projenin fizibilite raporları hazırlanıyor. Projenin ismi belli: Uluslararası Lineer Çarpıştırıcı.
-Proton çarpışmaları neticesinde açığa çıkan enerjinin yüksekliğinden bahsediliyor. Bu enerjinin değeri ve nasıl harcandığı konusunda neler söyleyebilirsiniz?
Hızlandırıcının içindeki protonların kinetik enerjisi sadece bir sivrisineğin uçarken sahip olduğu kinetik enerjidir. Fakat bu enerji proton gibi çok küçük olan parçacık için çok yüksek enerji yoğunluğu demek. İki proton kafa kafaya çarpıştığı anda, sanki protonlar yarılıyor ve yeni oluşumlar, yani yeni parçacıklar ortaya çıkıyor. Çarpışmalardan yüzlerce parçacık çıkıp, hassas detektörlerimizin içine saçılıyorlar. Biz de ortaya çıkan parçacıkları takip ederek, çarpışma noktasında, yüksek yoğunluk ve yüksek sıcaklıktaki fizik kanunları hakkında fikir sahibi olabiliyoruz. Tabii ki enerjinin korunumu yasasına göre, çarpışmadan önceki toplam enerji ile çarpışmadan sonraki toplam enerji eşit. Başka bir deyişle çarpışmadan çıkan yüzlerce parçacığın toplam enerjisi çarpışan iki protonun enerjisine eşit oluyor.
-Deney sonucunda maddeye kütlesini veren Higgs parçacığının bulunması, kara delik kavramının anlaşılması gibi verilere ulaşılması hesap ediliyor. Bunların pratikte ne gibi anlamları olacak?
İnsanlık elektronu bulmadan önce bir gün bilgisayarların yapılabileceğini düşünemezdi. Elektronu bilmeden elektron akımını düşünemezsiniz veya nasıl bir yarar sağlayacağını… Fakat J.J. Thomson 1897’de Cambridge Üniversitesi’ndeki laboratuvarında elektronu bulduğunda amacı, bizimki gibi doğanın bir sırrını anlamaktı. Şu anda yaptığımız deneylerin pratikte ne anlamı olacağını şimdiden söylemem imkânsız; ama önümüzdeki soruların J.J. Thomson’un önündeki sorular kadar ciddi ve gerçekçi olduğunu belirtmekte yarar var.
Bilim tarihine baktığımızda görüyoruz ki bazen bir bilim dalında tıkanıklık yaşanabiliyor. Soruların sayısı artıyor; fakat uzun süre cevapsız kalabiliyorlar. Sonra bir buluş bütün tıkanıklığı ortadan kaldırıyor ve bilgimizde ciddi bir sıçrama oluyor. Yaklaşık yirmi yıldır parçacık fiziğinde bir tıkanıklık yaşandığını söyleyebiliriz. İşte LHC’nin buluşları ve akabinde bir bilim sıçramasını yanında getireceğini ümit ediyoruz.
-‘Maddenin ışınlanması, yeni bir boyutun keşfi, evrenin genişleme hızı veya gerçek yaşı ile yeni parçacıkların bulunması’ gibi sonuçlara ulaşma ihtimaliniz nedir?
Şu anda maddenin ışınlanması CERN’de tartışılan ve çalışılan bir konu değil. Daha çok medyanın yakıştırması. Evrenin genişleme hızı veya gerçek yaşının bulunması ise astrofizik ölçümlerine dayanıyor. Bu konuya CERN’nin katkısı yok.
CERN’deki deneylerden aslında daha yüksek boyutlarda yaşadığımız çıkabilir. Bildiğimiz kadarıyla dört boyutta yaşıyoruz. Üçü bildiğimiz boyutlar (en, genişlik ve yükseklik) artı bir olarak zaman boyutu. Fakat elimizde yerçekiminin zayıflığını açıklamak için kurulmuş ve daha yüksek boyutların varlığına dayanan teoriler bulunmakta. Bu teoriler CERN’deki deneyden çıkacak sonuçlarla doğrulanabilir. LHC’deki deneyde hepimizin ümidi yeni parçacıkların keşfi. Özellikle de Higgs parçacığı.
-Binlerce bilim insanı milyarlarca yıl öncesinin sırlarını keşfetmek için büyük çaba harcıyor. İnsanlık belki de geleceği için beklenti içine girdi. Bu, CERN çalışanları üzerinde baskı oluşturuyor mu?
Bu sırlara ‘milyarlarca yıl öncesinin sırrı’ diyemeyeceğim. Bunlar ezeli ve ebedi sırlar. Şu anda günlük hayatımızı etkilemese de sizin burada var olma sebebiniz de bu sırlar.
İnsanlığın beklentileri tabii ki bizleri etkiliyor ve hepimiz sorumluluğumuzun farkında olarak, elimizden gelenin en iyisini yapmaya çalışıyoruz. Eğer evren LHC’de sırlarının birini veya birkaçını bulmamıza izin verecekse, emin olun bu buluşları gerçekleştireceğiz. Ama doğa yine de sorduğumuz soruların cevaplarını gizli tutabilir ve bir şey bulamayabiliriz. Fakat bu kesinlikle fizikçilerin yahut LHC’nin yeterli çalışmamasından kaynaklanmayacak…
-CERN çalışmalarında teologların yeri var mı ya da evrenin yaratılışı hakkında kutsal kitaplarda geçen bilgiler referans kabul ediliyor mu?
Teologlar yer almıyor. Tabii ki CERN’de her dinden, her ırktan, her ulustan fizikçiler çalışıyor. Onları bir araya getiren nokta ise doğaya olan saygıları ve anlama arzuları. Bilim insanları olarak toplanan veriler karşısında objektif olmak zorundayız; fakat bu, bilim insanlarının inançsız olduğu anlamına gelmez. Sadece işleriyle inançlarını karıştırmazlar.
CERN’de genel olarak tüm dünya medyasının bilim ve dini karşı karşıya getirmesinden rahatsızlık duyuluyor. Biz bilim insanları olarak, dinin bilime karşı olduğunu düşünmüyoruz. Hatta inanan insanlar için Tanrı’nın yarattığı doğanın mucizelerini daha da ortaya serdiğimiz söylenebilir. Öte yandan, CERN’de dine karşı da değiliz. Fizikçiler arasında her dinden insan var. Medyanın yaratmış olduğu durumdan rahatsız olduğumuzu tekrarlamakta fayda görüyorum.
-Einstein, CERN’de yaşananları görseydi ne yapardı?
Einstein’ın ölümünden beri fizik çok değişti. Kuantum mekaniğine inanmak istemeyen Einstein, “Tanrı evrenle zar atarak oynamaz” diyerek doğanın ihtimal hesaplarıyla çalışamayacağını belirtmişti. Fakat son elli yılda kuantum mekaniğine olan güvenimiz arttı. Artık doğanın atomaltı boyutlarında tümüyle ihtimal hesaplarına göre işlediğini fakat bu ihtimal hesaplarının kuralları olduğunu biliyoruz. Tüm parçacık fiziği ve tabii ki CERN’de yaptığımız her şey kuantum mekaniğine dayanıyor. Einstein’ın hatalı çıkmış olmaktan hoşlanmayacağını zannediyorum. Ama eğer yaşasaydı, vaktini yine heyecanla CERN’deki yeni bilgilerden yeni teoriler üretmekle geçirirdi.