Transcript İlkay Türk ÇAKIR

HIZLANDIRICI FİZİĞİNE GİRİŞ
İlkay TÜRK ÇAKIR
TAEK
Sarayköy Nükleer Araştırma ve Eğitim
Merkezi
UKPHDY9
10 – 15 Eylül 2013
İÇERİK
–
–
–
–
Farklı Boyutlu Nesneleri Nasıl Algılarız ?
İlk ‘cyclotron’
Doğrusal ve dairesel hızlandırıcılar
Dünyadaki Hızlandırıcı Laboratuvarları ve
onların keşifleri
– Sonraki adım (ILC-CLIC)
– Çarpışma Çeşitleri
– Temel Hızlandırıcı Parametreleri
– Çarpıştırıcı Parametreleri
Farklı Boyutlu Nesneleri Nasıl
Algılarız ?
Küçük Boyutlara Doğru
Maddenin derinliklerine inmemiz için ihtiyacımız olan şey HIZLANDIRICI !!!
Hızlandırıcı Nedir?
Hızlandırıcılar
Elektron, proton gibi yüklü parçacıkları elektrik alan kullanarak yüksek hızlara
çıkaran ve manyetik alan kullanarak demet halinde bir arada tutan makinelere
hızlandırıcı adı verilir. Yüksek enerjilerde hızlandırıcılar maddenin yapısını ve
temel etkileşmeleri araştırmak için kullanılan araçlardır.
Günümüzde kararlı parçacıkların hızlandırılması: protonlar ve elektronlar
Genelde dairesel hızlandırıcılar  demetleri uzun süre kullanabilmek için
PROTON:
Halkada dipol magnetlerin bükme gücü ile sınırlanmaktadır.
ELEKTRON: Sinkrotron ışınımı (=dairesel yolda enerji kayıpları)
sınırlanmaktadır.
LEPTONLAR: Gelecekte lineer hızlandırıcılar veya müon hızlandırıcılar
ile
İlk Hızlandırıcı
Ernest Lawrence, NP1939
E. Lawrence ve M.S.Livingston tarafından
yapılan ilk siklotronun diyagramı, D ~13
cm çapındadır
HIZLANDIRICI KOMPLEKSİ
FERMILAB
Proton-antiproton
Alt Kuark (1977)
Üst kuark (1995)
Tau Nötrino (2000)
CERN
(European Organization for Nuclear Research)
•
CERN, İkinci Dünya Savaşı’ndan sonra Avrupa’nın fizik alanında ABD’den geri kalmaması
için 12 Avrupa ülkesinin işbirliği ile 1954 yılında kurulmuştur.
•
CERN maddenin yapı-taşlarını ve onları bir arada tutan kuvvetleri araştırmak için bilim
insanlarını bir araya getiren bir dev laboratuvardır. CERN bu insanlara çalışmaları için
gerekli bütün araç-gereçleri sağlamaktadır. Bunlardan başlıcaları hızlandırıcılar (yüklü
parçacıkları yaklaşık ışık hızına kadar hızlandırır) ve dedektörlerdir (parçacıkları algılar).
•
CERN, fizikçiler, mühendisler, teknisyenler, uzmanlar, yöneticiler, sekreterler,
işçiler...olmak üzere 3000 civarında kişiye çalışma ortamı sağlamaktadır.
•
Bilimsel ve teknik personel laboratuvarın makine kısmının tasarımında ve kurulmasında
görev almaktadır ve düzgün çalışmasını sağlamaktadır.
•
CERN karmaşık bilimsel deneylerin hazırlanması, çalıştırılması, analiz edilmesi ve
yorumlanmasına imkan sağlamaktadır.
•
6500 civarında ziyaretçi bilim insanı (Dünyadaki parçacık fizikçisi sayısının yarısı) CERN’e
gelerek kendi araştırmalarını gerçekleştirmektedir. Bu kişiler 80 ülkeden 500 üniversiteyi
temsil etmektedir.
CERN bilim adamlarının prestijli ödüller ve Nobel Ödülünü aldıkları bir çok
önemli keşfe ev sahipliği yapmıştır.
Bunlardan çok kullanışlı olan birisi World Wide Web (www)’dir. Bütün
dünya üzerinde farklı üniversiteler ve enstitülerde çalışan fizikçiler
arasında paylaşılan bilgiyi artırmak ve bunu hızlı bir şekilde yapmak için
geliştirilmiştir.
• 1989, Tim Berners-Lee
DESY ((Deutsche Elektronen SYnchrotron)
HERA (e-p) hızlandırıcısı çevresi 6.2 km. ve kısmen
Hamburg şehrinin altındadır. HERA elektron demetleri ile
proton demetlerini çarpıştırır. HERA’nın süperiletken
magnetleri Tevatrondakine çok benzerdir.
SLAC (Stanford Linear Accelerator Center)
SLAC (e+e-) doğrusal hızlandırıcı 4 km. uzunluğundadır.
50 GeV demet enerjisi vardır.
Z rezonansından partonlar, charm kuark, tau lepton üretilir.
Çarpıştırıcılarda bugüne kadar
~8 TeV’e kadar olan enerji
aralığı araştırıldı.
• pp çarpıştırıcıları (CERN,
Fermilab)
• e-e+çarpıştırıcıları (SLC, LEP)
• e-p çarpıştırıcıları (HERA)
Sonraki adım: 14 TeV enerji
ölçeği
• p-p ( LHC)
Hadron makinelerine TeV fiziği
araştırmalarında tamamlayıcı
olarak e-e+ doğrusal çarpıştırıcısı
gerekecek
ILC
Doğrusal çarpıştırıcıda, elektron-pozitron kafa kafaya ince
yoğun demet halinde çarpışırlar
Çarpıştırıcı toplam uzunluğu ~ 30 km
500 GeV km enerjiden 1 TeV’e çıkarılabilecek
CLIC
Normal iletken, RF hızlandırma yapısı
Gradient 100 MV/m
RF frekansı 12 GHz
İki demet hızlandırma prensibi, az maliyet ve yüksek verimlilik
Doğrusal Çarpıştırıcıların
Avantajları
• Kompozit yapıda olmayan basit yapıda parçacıklar
çarpıştırılır.
• Sinkrotron ışıması söz konusu olmadığından
ulaşılabilecek maksimum güç ve ışınlık daha fazla
olabilir.
• Parçacıkların farklı özelliklerini araştırmak
(polarizasyon vs) için idealdir.
Hadron Çarpıstırıcıları (p, iyonlar)
 Protonlar ve kompozit parçacıklar
 Partonik düzeyde toplam kütle
merkezi enerjisinin bir bölümünü
kullanmak mümkündür.
Lepton Çarpıştırıcıları
 Leptonlar temel parçacıklar
 Artalanı temiz deney ortamı sağlar,
 Başlangıç durumları iyi
tanımlanmıştır.
 Momentumun korunumundan
bozunma ürünlerinin analizi kolaydır
 Polarize demetler
 Ek seçenekler sunar: e-e-, eγ , γγ
çarpışmaları
Çarpışma Çeşitleri
SABİT HEDEF DENEYLERİ
Sabit hedef deneyleri bir parçacık demetinin, bir hedefin atomlarına
çarptığında olup bitenleri araştırır. Bu konfigurasyonda, demet enerjisinin çoğu
hedefin geri tepmesinde harcanır ve sadece küçük bir kısmı yeni bir
parçacıkları üretmek için kullanır. Sabit hedef konfigurasyonunda, üretilen
parçacıklar genellikle ileriye doğru hareket ederler, bu yüzden genellikle bu
deneylerde koni biçimli dedektörler vardır ve demet hattının önüne yerleştirilir.
Anti Parçacık (pozitron) Üretimi
ÇARPIŞAN DEMET DENEYLERİ
Zıt yönlerde hareket eden iki parçacık demetinin kafa kafaya
çarpışmasını inceler. Bu konfigurasyonda, geri tepme enerjisi
harcanmaz ve bütün enerji yeni parçacıkların üretimi için kullanılır.
Bu tip olaylarda, yeni üretilen parçacıklar çarpışma
noktasından bütün yönlerde ışıma yapar, bu nedenle dedektörler,
küresel veya daha genel olarak silindir biçimlidir.
DOĞRUSAL HIZLANDIRICILAR
DAİRESEL HIZLANDIRICILAR
MANYETİK ALAN, ENERJİ VE YÖRÜNGE
Hızlandırıcı Terimlerinden Bazıları
Faz Uzayında Parçacıklar
Demet Boyutları
Çarpıştırıcı Parametreleri -1
Çarpıştırıcı Parametreleri -2
Çarpıştırıcı Parametreleri -3
SON !!!
Demetlerin Enine Hareketliliği
SONRAKİ ADIM
• Yüksek enerjili elektron ve pozitronlar: e+e- çarpışan
demetler
• Protonlar: pp çarpışan demetler
• Muonlar: -+ çarpışan demetler
• Nötrino demeti: bozunan müonlardan …