İçeriğe atla

Süper-Kamiokande

Süper-Kamiokande (Tam ismi: Süper-Kamiokande Nötrino Tespit Deneyi, kısaca Süper-K ya da SK) Hida, Gifu, Japonya'da kurulmuş bir nötrino gözlemevidir. Bu gözlemevi proton bozunması, güneş ve atmosfer nötrinolarını incelemek ve Samanyolu'ndaki süpernovalara gözcülük etmek için kurulmuştur.

Tanım

Süper-K, Hida'nın Kamioka civarında bulunan Mozomi Madeni'nin 1,000 m altına kurulmuştur. Super-K, 41.4 m boyunda ve 39.3 m çapında, içi 50,000 ton Aşırı-saf su ile dolu paslanmaz çelik bir su tankına sahiptir. Bu tank, dış detektörünün yanında, iç kısmında 33.8 m çaplı ve 36.2m boyunda bir iç detektör daha bulundurur. İç detektörün dışında 11,146 fotomultiper tüp (PMT) bulundurur.

Elektronlarla ya da su çekirdeği ile nötrinoların etkileşimi sonucunda su içindeki ışık hızından daha hızlı hareket eden (vakum içindeki ışık hızıyla karıştırılmamalı) yüklü bir parçacık oluşturur. Bu da Çerenkov ışıması olarak bilinen bir ışık konisi yaratır ki bu da ses patlamasının optik dengidir. Çerenkov ışıması duvara halka şeklinde yansıtılarak PMTler tarafından kaydedilir. PMTler tarafından kaydedilen zamanlamalar ve yük verileri kullanılarak, etkileşimin tepe noktası, halkanın yönü ve gelen nötrinonun türü tespit edilir. Halkanın kenar keskinliği parçacığın türünün belirlenmesini sağlar. Elektronların çoklu saçılımı geniş olduğundan, elektromanyetik yağış puslu halkalar oluşturur. Yüksek göreceli müonlar detektör içinden neredeyse düz bir şekilde geçer ve keskin kenarlı halkalar oluşturur.

Detektör

Süper-Kamiokande, Güneş, süpernovalar, atmosfer ve proton bozunum hızlandırıcıları gibi çeşitli kaynaklarından gelen nötrinoları incelemek için kullanılan bire Çerenkov detektörüdür. Deneyin ''SK-I'' olarak bilinen kısmı Şubat 1996'da başlayıp Temmuz 2001'de bakım için durduruldu. Bakım sırasında yaşanan bir kaza sebebiyle, deney Ekim 2002'de iç detektördeki PMTlerin sadece yarısı çalışır durumda tekrar başlatıldı. İleride yaşanabilecek kazaları önlemek amacıyla iç detektördeki PMTlerin tamamı akrilik ön camları olan koruyucu fiber plastiklerle kaplandı. Eylül 2002'den,  Eylül 2005'te yapılan baştan yapılandırmaya kadar süren döneme ise "SK-II" denildi. Temmuz 2006'da bütün PMTleri onarılmış olarak başlayıp Eylül 2008'e kadar devam eden döneme ise "SK-III" denildi. 2008'den sonraki dönem ise "SK-IV" olarak bilinir.[1]

SK-IV yükseltmesi

Önceki aşamada, iç PMTler sinyalleri analog zamanlama modülleri (ATM) olarak bilinen elektronik modeller sayesinde işliyordu. Bu modüllerin içinde, yük-analog dönüştürücüler (QAC) ve zaman-analog dönüştürücüler (TAC) bulunuyordu. Her PMT giriş sinyali için iki çift QAC/TAC bulunuyordu, bu da zaman kaybını ve birden fazla ardışık isabetin okunabilmesini münkün kılıyordu.

Süper-Kamiokande sistemi, önümüzdeki on yıl içinde istikrarı korumak ve Ethernet ve QTC-bazlı elektronikler (QBEE) ile verimliliğini artırmak amacıyla Eylül 2008'de yükseltildi.[2][3] QBEE, iletişim hatlarını birleştirerek yüksek-hızlı sinyal işlemeye yarar. Bu elektronikler özel yapım yük-zaman dönüştürücüleridir (QTC) [4]

İzleme sistemi

Çevrimiçi izleme sistemi

DAQ sunucu bilgisayarından FDDI bağlantısıyla kontrol odasından verileri okuyan bir izleme bilgisayarıdır. Esnek bir program sayesinde vardiya operatörleri sağlar, detektör performansını çevrimiçi ya da yakın geçmiş histogramlarıyla denetler ve deneyi gözlemlemek için çeşitli görevler yerine getirir.

Gerçek zamanlı süpernova izleme sistemi

Süper-Kamiokande, ani patlamaları olabildiğince etkin bir şekilde tespit etmek ve tanımlamak için bir süpernova izleme sistemine sahiptir. Süper-Kamiokande şu ana kadar yaptığı gözlemlerle, Galaksimizin merkezinde gerçekleşen bir süpernovadan yaklaşık 10,000 olası sonuç tahmin etmiştir. Süper-Kamiokande bir patlamayı hiç vakit kaybetmeden tespit edebilir, ilk ve ikinci patlama arasında 30,000'e kadar sonuç tahmininde bulunabilir.

Araştırma

Güneş nötrinosu

Ayrıca Bkz: Nötrino Salınımları

Güneş enerjisi, 4 protonun, bir helyum atomu ve bir elektron nötrinosu oluşturulduğu, çekirdeğinde gerçekleşen bir nükleer füzyondan geliyor. Oluşan bu nötrinolara güneş nötrinosu denir. Güneşin çekirdeğinde gerçekleşen nükleer füzyon sonucu oluşan fotonların güneşin merkezinden yüzeyine ulaşması milyonlarca yıl alırken, oluşan nötrinolar maddelerle etkileşimde bulunmadığından yaklaşık 8 dakikada dünyaya ulaşır . Dolayısıyla, oluşumundan milyonlarca yıl sonra dünyaya ulaşan güneş ışığının aksine güneş nötrinoları güneşin "gerçek-zamanlı" incelemelerinin yapılabilmesini sağlar.[5]

1999 yılında, Süper-Kamiokande güneş nötrino problemini çözen nötrino salınımlarına dair güçlü bir kanıt buldu. Güneş ve görülebilen yıldızların %80i enerjilerini hidrojeni helyuma çevirerek sağlıyordu:

Sonuç olarak, Güneş dahil olmak üzere yıldızlar nötrinoların kaynağıydı.

Atmosfer nötrinoları

Atmosfer nötrinoları, Dünya atmosferinin birincil kozmik ışınlarla (genellikle proton) gerçekleştirdiği etkileşimlerde bozunan parçacıkların ürettiği ikincil kozmik ışınlardır. Gözlenmiş atmosfer nötrinosu verileri dört türe ayrılır; Tamamen kapsanan olaylar, kısmen kapsanan olaylar, yukarı yönlü hareket halindeki müonlar ve yukarı doğru duran müonlar.

K2K Deneyi

K2K deneyi 1999 Haziran da başlanan ve 2004 Kasım da biten bir nötrino deneyiydi. Bu deney Süper-Kamiokande deneyinde müon nötrinolarında gözlemlenen salınımları doğrulamak amacıyla yapılmıştır. Nötrino salınımları ile ilgili ilk olumlu ölçümü hem kaynak hem de detektör kontol altındayken verdi. Süper-Kamiokande detektörü bu deneyde büyük rol aldı. Daha sonra K2K deneyinin ikinci jenerasyon takip deneyi olan T2K deneyi yapıldı.

T2K Deneyi

T2K deneyi  Japonya, Amerika Birleşik Devletleri ve birçok diğer ülkenin ortak çalıştığı bir nötrino deneyidir. Hedefi nötrino salınımlarının parametreleri hakkında daha derin bir anlayışa ulaşmaktı. T2K müon nötrinolarının elektron nötrinolarına salınımlarıyla ilgili yaptığı araştırmanın ilk sonuçlarını Haziran 2011'de açıkladı.[6] Super-Kamiokande dedektörü yine büyük bir rol oynadı. Süper-K dedektörü yüksek enerjili nötrinolarla su arasındaki etkileşimlerin oluşturduğu müon Çerenkov ışımasını kaydetmekle görevli.

Proton Bozunması

Proton, Standart Modele göre kesin olarak kararlıdır. Ancak, Büyük Birleşim Kuramı elektron, müon, pion ve diğer hafif yüklü parçacıklara bozunabileceğini ve bu durumun gözlemleneceğini öne sürdü. Kamiokande bazı teorilerin ortadan kaldırılmasına yardımcı oldu. Süper-Kamiokande şu anda proton bozunmasını gözlemleyen en geniş detektör.

Veri işleme

Çevrimdışı veri işleme hem Kamioka ve Amerika Birleşik Devletleri'nde gerçekleşmektedir.

Kamioka İçinde

Çevrimdışı veri işleme sistemi Kenkyuto'da bulunmakta ve Süper-Kamiokande detektörüne 4 km FDDI fiber optik bağlantı ile bağlıdır. Veri akışı çevrimiçi sistemi ortalama olarak 450 kByte / s−1, 40 GB gün−1 veya 14 Tbytes yıl-1 a denk gelmektedir. Çevrimdışı sistemi, veri depolamak için manyetik kasetler kullanılmaktaydı ve analizin büyük bir kısmı burada yapılmaktaydı. Veri analizi için çeşitli bilgisayar yapıları kullanıldığından çevrimdışı veri işleme sistemi herhangi bir platforma bağlı olmayacak şekilde tasarlandı. Bu sebeple, veri yapıları CERN de ve ZEBRA takas sisteminde kullanılan ZEBRA banka sistemi baz alarak tasarlandı.[7]

ABD'de

NY, Stony Brook Üniversitesi'nde kurulmuş bir çevrimiçi veri işleme sisteminde Kamioka'dan gönderilen veriler işleniyordu. Gönderilen yeniden yapılanmış ve işlenmemiş verilerin büyük bir kısmı Kamioka'daki sistem tesisindendi. Stony Brook Üniversitesi'ndeki bu sistem daha çok analiz ve ileri işleme üzerineydi. Burada işlenen verilerin bir kısmı ise araştırmaların devamı için Kaliforniya Üniversitesi, Irvine'e gönderiliyordu.

Sonuçlar

1998'de, Süper-Kamiokande müon nötrinolarının tau nötrinolarına dönüşümünü gözlemleyerek nötrino salınımlarıyla ilgili ilk önemli kanıtı buldu.

Süper-Kamiokande proton yaşam süresini, birçok nadir bozunumu ve nötrino özelliğini buldu. Süper-K, 5.9 × 1033 yr kaonlara bozunan protonların alt sınırını keşfetti

Popüler Kültürde

Süper-Kamiokande, Alman fotoğrafçı Andreas Gursky'nin 2007 tarihli Kamiokande fotoğrafının konusu olmuştur.[8] Detektör, ayrıca Cosmos: Bir Uzay Serüveni'nde de gösterilmiştir.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ K. Abe (11 Şubat 2014), "Calibration of the Super-Kamiokande detector", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, cilt 737, ss. 253-272, arXiv:1307.0162 $2, Bibcode:2014NIMPA.737..253A, doi:10.1016/j.nima.2013.11.081 
  2. ^ S. Yamada (2009), "Commissioning of the new electronics and online system for the Super-Kamiokande Experiment", IEEE Transactions on Nuclear Science, cilt NS-57, s. 248, 6 Mart 2019 tarihinde kaynağından arşivlendi, erişim tarihi: 18 Aralık 2020 
  3. ^ Tomura, T.; Hayato, Y.; Ikeno, M.; Nakahata, M.; Nakayama, S.; Obayashi, Y.; Okumurac, K.; Shiozawa, M.; Suzuki, S. Y.; Uchida, T.; Yamada, S.; Yokozawa, T. (2012), "Development of New Data Acquisition System for Nearby Supernova Bursts at Super-Kamiokande", Physics Procedia, Technology and Instrumentation for Particle Physics 2011, cilt 37, ss. 1398-1405, doi:10.1016/j.phpro.2012.02.477 
  4. ^ H. Nishino (2009), "High-speed charge-to-time converter ASIC for the Super-Kamiokande detector", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, cilt 610, ss. 710-717, arXiv:0911.0986 $2, Bibcode:2009NIMPA.610..710N, doi:10.1016/j.nima.2009.09.026 
  5. ^ "The official Super-Kamiokande home page/research". 13 Nisan 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Mayıs 2016. 
  6. ^ "The official homepage of T2K experiment". 24 Mayıs 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Mayıs 2016. 
  7. ^ S. Fukuda (1 Nisan 2003), "The Super-Kamiokande detector", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, cilt 51, ss. 418-462, Bibcode:2003NIMPA.501..418F, doi:10.1016/S0168-9002(03)00425-X 
  8. ^ "Arşivlenmiş kopya". 5 Haziran 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 27 Mayıs 2016. 

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

ATLAS deneyi, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nde (CERN) 10 Eylül 2008'de deneyine başlanmış olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısında kurulan altı deneyden biridir. Diğerleri CMS deneyi, LHCb deneyi, LHCf deneyi Alice deneyi ve Totem deneyidir. ATLAS ve CMS genel amaçlı, LHCb b-fiziği üzerine, LHCf deneyi astroparçacıklar fiziği, Alice ağır iyon fiziği ve Totem ise toplam tesir kesiti ölçümü üzerinedir.

<span class="mw-page-title-main">Nötron</span> Yüke sahip olmayan atomaltı parçacık

Nötron, sembolü n veya n⁰ olan, bir atomaltı ve nötr bir parçacıktır. Proton ile birlikte, atomun çekirdeğini meydana getirir. Bir yukarı ve iki aşağı kuark ve bunların arasındaki güçlü etkileşim sayesinde oluşur. Proton ve nötron yaklaşık olarak aynı kütleye sahiptir fakat nötron daha fazla kütleye sahiptir. Nötron ve protonun her ikisi nükleon olarak isimlendirilir. Nükleonların etkileşimleri ve özellikleri nükleer fizik tarafından açıklanır. Nötr hidrojen atomu dışında bütün atomların çekirdeklerinde nötron bulunur. Her atom farklı sayıda nötron bulundurabilir. Proton ve nötronlar, kuarklardan oluştukları için temel parçacık değildirler.

Antimadde, karşı madde veya karşıt madde, maddenin ters ikizi. Paul Dirac denklemiyle ortaya çıkarılmış ve daha sonraki gözlemlerle de varlığı doğrulanmıştır. Antimadde en basit hâliyle normal maddenin zıddıdır. Antimaddenin atomaltı parçacıkları, normal maddeye göre zıt özellikler taşımaktadır. Bu atomaltı parçacıkların elektrik yükleri, normal maddenin atomaltı parçacıklarının tam tersidir. Antimadde, Büyük Patlama'dan sonra normal maddeyle birlikte oluşmuştur; fakat sebebinin ne olduğunu bilim insanları tam anlamıyla bilemeseler de evrende oldukça nadir bulunmaktadır.

Lepton, temel parçacıklardan birisidir ve maddenin yapı taşıdır. En çok bilinen lepton, atomda bulunarak atomun kimyasal özelliklerini belirleyerek neredeyse tüm kimyayı oluşturan elektrondur. İki temel lepton sınıfı vardır: yüklü leptonlar ve nötr leptonlar. Yüklü leptonlar diğer parçacıklarla birleşerek atom ya da pozitronyum gibi bileşik parçacıklar meydana getirirken nötrinolar diğer parçacıklarla etkileşime girmezler ve bu sebepten algılanmaları çok zordur.

'Müon, elektron benzeri-1 e yük ve 1/2 spinli ancak daha yüksek kütleye sahip bir temel parçacık. Müon parçacığı, lepton olarak sınıflandırılmıştır. Diğer leptonlar gibi, Müonun da daha küçük parçacıklara indirgenemeyen bir parçacık olduğu düşünülmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Nötrino</span> atom altı ya da temel parçacıklardan biri

Nötrino, ışık hızına yakın hıza sahip olan, elektriksel yükü sıfır olan ve maddelerin içinden neredeyse hiç etkileşmeden geçebilen temel parçacıklardandır. Bu özellikleri nötrinoların algılanmasını oldukça zorlaştırmaktadır. Nötrinoların çok küçük, ancak sıfır olmayan durgun kütleleri vardır. Yunan alfabesindeki ν (nü) ile gösterilir.

<span class="mw-page-title-main">Zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık</span>

Zayıf etkileşimli büyük kütleli parçacık, egzotik parçacıklardan oluşan karanlık madde adayıdır.

<span class="mw-page-title-main">Kozmik ışın</span> Çoğunlukla Güneş sistemi dışından kaynaklanan yüksek enerjili parçacık

Kozmik ışınlar, temelde Güneş Sistemi'nden yıldızlardan hatta uzak galaksilerden kaynaklanan, yüksek enerjili bir parçacık yağmurudur. Bu ışınlar Dünya atmosferi ile etkileştiğinde, bazen yüzeye ulaşan ikincil kozmik ışın duşlarını üretebilir. Öncelikle yüksek enerjili protonlardan ve atom çekirdeğinden oluşan bu ışınlar güneş veya güneş sistemimizin dışından kaynaklanır. Fermi Uzay Teleskobu'ndan (2013) elde edilen veriler, birincil kozmik ışınların önemli bir bölümünün yıldızların süpernova patlamalarından kaynaklandığının kanıtı olarak yorumlanmıştır.

<span class="mw-page-title-main">Jack Steinberger</span> Amerikalı fizikçi ve Nobel fizik ödülü sahibi

Jack Steinberger veya gerçek ismiyle Hans Jakob Steinberger, Amerikalı Nobel fizik ödülü sahibi fizikçi.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık dedektörü</span>

Deneyli ve uygulamalı parçacık fiziği, nükleer fizik ve nükleer mühendislikteki, çekirdek bozunumları, kozmik ışınlar ya da parçacık hızlandırıcılarındaki çarpışmalarla üretilen yüksek enerjili parçacıkları belirlemek ve/veya izini bulmak için kullanılan aygıtlara parçacık dedektörleri veya diğer bir deyişle ışınım dedektörleri denir. Çağdaş dedektörler, belirlenen ışınım enerjisini ölçmek için kalorimetre olarak da kullanılırlar. Ayrıca parçacıkların momentum, spin, yük gibi özelliklerini ölçmek için de kullanılırlar.

<span class="mw-page-title-main">Majorana fermiyonu</span>

Majorana fermiyonu veya diğer adıyla majorana parçacığı, kendi karşıt parçacığına sahip olan fermiondur. 1937 tarihinde Ettore Majorana tarafından hipotez edilmiştir. İsimlendirme bazen fermionların kendi karşıt parçacığı olmadığını savunan Dirac fermion'a karşı olarak kullanılır.

Standart solar model (SSM), güneşi küresel bir gaz topu olarak ele alan matematiksel bir yaklaşımdır. Teknik olarak simetrik küresel durağanımsı bir yıldız modeli olan bu model, yıldızsal yapıyı tarif eden basit fizik prensiplerinden elde edilmiş birçok diferansiyel denkleme sahiptir. Bu model, güneşin ışıklılığı, çapı, yaşı ve bileşenleri gibi iyi bilinen sınır koşullara bağlıdır. Güneş'in yaşı direkt olarak ölçülemez. Tahmini bir değer bulmanın yollarından biri en eski meteorların yaşını bulmak ve Güneş sisteminin gelişim modellerine bakmaktır. Günümüzdeki Güneş'in fotosferinin yapısı %74,9 oranında hidrojen ve %23.8 oranında helyumdan oluşmaktadır. Astronomide metaller denilen tüm ağır elementler ise %2den daha az bir kütleye tekabül etmektedir. Standart solar model yıldızsal gelişim teorisinin doğruluğunu test etmek için kullanılmaktadır. Aslında, iki serbest parametre olan helyum mevcudiyeti ve karışma uzunluğu değerlerini bulmanın tek yolu SSMyi gözlemlenen güneşe "uygun" hale getirecek şekilde ayarlamaktır.

<span class="mw-page-title-main">Arthur B. McDonald</span> Kanadalı fizikçi

Arthur Bruce McDonald, Kanadalı astrofizikçi. McDonald Sudbury Nötrino Gözlemevi Enstitüsü direktörü ve Kingston, Ontario'da bulunan Queen Üniversitesi'nde parçacık astrofiziği dalında Gordon ve Patricia Gray Kürsüsü başkanıdır. Japon fizikçi Takaaki Kajita ile ortaklaşa 2015 Nobel Fizik Ödülü'ne layık görülmüştür.

Sudbury Nötrino Gözlemevi (SNG), Kanada’nın Ontario vilayetinde Sudbury şehrindeki Creighton Madeni’nde bulunan, yerin 2100m altındaki bir nötrino gözlemevidir. Detektör, güneş nötrinolarını geniş bir ağır su haznesiyle olan etkileşimleriyle tespit etmek için tasarlanmış.

Solar nötrino problemi, Dünya etrafında bulunan nötrino sayısı ve Güneş'in iç kısmının modellerine dayalı teorik hesapların arasındaki çelişkiydi. Bu çelişki 1960'ların ortalarında gözlemlendi ve 2002 civarında yeni nötrino fiziği anlayışıyla çözüldü. Bu anlayış parçacık fiziği, standart model ve özellikle nötrino salınımlarında önemli gelişmeler sağlamıştır. Temelde, nötrinoların kütlesi vardır ve türleri, güneşin içinden üretilmesi tahmin edilenden farklı bir türe dönüşebilir ve bu türler o dönemde kullanılan dedektörler tarafından tespit edilemeyebilir.

Nötrino salınımları, üretilen ve belirli bir lepton türü olan bir nötrinonun daha sonradan farklı bir tür olarak ölçülebilmesine denen bir kuantum mekaniği fenomenidir. Uzaya yayılan nötrinoların türleri periyodik olarak değişir.

<span class="mw-page-title-main">Bruno Pontecorvo</span> İtalyan fizikçi

Bruno Pontecorvo, Enrico Fermi' nin ilk zamanlarındaki asistanı, yüksek enerji fiziği ve nötrinolar üzerine sayısız çalışmanın yazarı olan İtalyan nükleer fizikçi. Bir komünistin ikna etmesi sonucu, 1950'de Sovyetler Birliği'ne gitti ve burada muon çürümesi ve nötrinolar üzerine araştırmalarına devam etti. Prestijli Pontecorvo Ödülü, 1995 yılında onun anısına tesis edildi.

<span class="mw-page-title-main">Derin inelastik saçılma</span>

Derin inelastik saçılma, elektron, müon ve nötrino kullanarak hadronların iç yapılarının incelenmesi işlemidir. 1968'de, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda yapılan derin inelastik saçılma deneyleri sayesinde, daha önceleri teorik olarak varlığı tahmin edilen kuarkların varlığına dair ilk somut veriler elde edilmiştir.

Borexino, düşük enerjili (alt-MeV) güneş nötrinolarını incelemek için oluşturulmuş bir parçacık fiziği deneyidir.

<span class="mw-page-title-main">Homestake deneyi</span>

Homestake deneyi astrofizikçiler Raymond Davis, Jr. ve John Bahcall tarafından 1960'ların sonunda yapılan bir deneydir. Amacı Güneş'te meydana gelen nükleer füzyondan yayılan nötrinoları toplamak ve saymaktı. Deney, güneş nötrinolarını başarılı bir şekilde tespit edip sayan ilk deneydi ve sonuçlardaki tutarsızlık, solar nötrino problemini yarattı. Deney 1970'den 1994'e kadar sürekli olarak yürütüldü.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.