İçeriğe atla

Tevatron

Koordinatlar: 41°49′55″N 88°15′06″W / 41.831904°K 88.251715°B / 41.831904; -88.251715
Tevatron yukarıdan görünümü

Tevatron, Amerika Birleşik Devletleri'nin Chicago şehrinin doğusundaki Fermilab'da (Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı) bulunan dairesel bir parçacık hızlandırıcısıdır. 2011 yılına kadar, kendisine 150 GeV olarak yollanan proton ve antiprotonları hızlandırıp, 1.96 TeV kütle merkezi enerjisinde 2 ayrı noktada çarpıştırmaktaydı. Bu özellik onu 2010'da CERN'deki LHC hızlandırıcısı devreye girinceye kadar dünyadaki en yüksek enerjili çarpıştırıcı yapmıştı. Yapımı $120 milyona yakın tutan Tevatron 1983 yılında tamamen bitirildi. Üzerine 1983-2011 yılları arasında büyük miktarlarda yatırımlar yapıldı.

Tevatron'un temel başarısı 1995 yılında üst kuarkların keşfedilmesi üzerine oldu. Bu üst kuarklar parçacık fiziğinin standart modelinde ön görülmüştü. 2 Temmuz 2012 yılında Fermilab'ın CDF ve DØ çarpıştırıcı deney takımı 2001 yılından bu yana yapılan 500 trilyon çarpışmasını analizinin sonuçlarını duyurdu. Varlığına şüpheyle bakılan Higgs bozonu bu araştırma sonuçlarında 550 de bir oranında istatistiksel varlık tespit edilidi. Bulgulardan 2 gün sonra bu saptamanın milyonda bir hata oranına sahip olduğu LHC deneylerinden de doğrulandı.

2011 Eylül ayında Tevatron tamamen durduruldu. Sebep olaraksa bütçe kesintiler ve yapımı 2010'un başlarında biten daha güçlü bir altyapıya sahip olan LHC'nin bitirilmesi gösterildi. Tevatron'un ana halkası büyük ihtimal gelecekteki deneylerde kullanılmak üzere kaldırıldı ve diğer parçaları başka parçacık hızlandırıcılara transfer edildi.

Tarih

1 Aralık 1968 yılı lineer hızlandırıcılar (linac) için çok önemli bir gündü. Ana Hızlandırıcı Kasası 3 EKim 1969 yılında Robert R. Wilson tarafından başladı. Bu 6.4 km uzunluktaki çember Fermilab'ın Ana Halkasını oluşturacaktı. Linac ilk 200meV değerinde ışını 1 Aralık 1970 üretti. İlk hızlandırıcı 9 GeV değerinde ışını 20 Mayıs 1971 de üretti. 30 Haziran 1971 yılında bir proton ışını Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarının bütün hızlandırıcı altyapısına bu kadar büyük bir katkıda bulundu. Bu ışın sadece 7Gev değerinde hızlandırılmıştı.

Booster Hızlandırıcı 200 MeV değerindeki protonları 8 bilyon değerinde elektron voltlara çıkarabiliyordu. Ardından bu ana hızlandırıcıya geçiriliyordu.

Milistone serilerinde görülen ivme değeri Ocak 22 1972 de 20 GeV değerine, Şubat 4'te 53 GeV ve Şubat 11 de 100 GeV değerine ulaştı. 1 Mary 1972 de ilk defa NAL hızlandırıcı sistemi bir proton ışınını 200 GeV değerine ulaştırdı. 1973'ün sonuna doğru NAL hızlandırıcı sistemi rutin olarak 300 GeV değerini sistemlerinde kullanabiliyor haline geldi.

14 Mayıs 1976 Yılında Fermilab bütün protonları 500 GeV değerine ulaştırabildi. Bu başarı yeni enerji skalasını ortaya çıkardı, teraelectronvolt (TeV) değerine karşılık 1000 GeV. O yılın Haziran ayında Avrupa Super Proton Synchrotron sadece 400 GeV değerine ulaşabilmişti. Ana Halka'nın klasik mıknatısı süperiletken mıknaıtısını üretebilmek için 1981 yılında kapatıldı. Ana Enjektör 2000 yılında bitirilene kadar Ana Halka Tevatron için bir enjektör görevi gördü. Ardından Enerji Katlayıcı ilk hızlandırılmış 512 GeV değerinde ışını 3 Temmuz 1983 yılında üretti. 800 GeV değerindeki başlangıç enerjisine 16 Şubat 1984 yılında ulaşıldı. 21 Ekim 1986 da Tevatron bu değeri 900 GeV değerine kadar 1.8 TeV değerindeki proton-antiproton çarpışmalarını kullanarak ulaştırdı.

Ana Enjektör 1993 dan 6 yıl kadar bir süre ve $290 milyon harcama ile Ana Halka yerine konuldu. Gerekli kontrol ve geliştirmelerden sonra Tevatron çarpıştırıcısı Run II 1 Mart 2001 yılında başlatıldı. Bu zamandan sonra Tevatron artık 980 GeV değerindeki enerji seviyelerini transfer edebiliyoru. 16 Temmuz 2004 yılında Tevatron yeni bir zirve yakaladı ve CERN 'deki ilgili laboratuvarı geri de bırakarak bir rekora imza attı. Bu rekor 9 Eylül 2006 yılında ikiye katlandı. Ardından 17 Mart 2008 yılında neredeyse üç katına çıktı. 16 Nisan 2010 yılında bu değer 2004 yılındaki ulaşılan değerin 4 katının üzerine çıktı (4×1032 cm−2 s−1'ye kadar). Tevatron 30 Eylül 2011 yılında operasyonları durdurdu. 2011 Yılının Sonuna doğru CERN deki Geniş Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) yeni bir zirveye ulaşarak Tevatron'un başarısını neredeyse 10'a katladı ve 3.5 TeV değerinde enerji ışınları üretti.

Mekanik Kısmı

İvmelendirme sistemi birkaç aşamadan oluşuyor. İlk aşama da 7eV Cockcroft-Walton ön hızlandırıcısı bulunuyor ve ionize hidrojen gazı negatif iyonları positif voltajı kullanarak hızlandırıyor. Bunun ardından iyonlar 150 metre uzunluğunda lineer hızlandırıcıya (linac) geçiyor. Bu hızlandırıcı titreşen elektriksel alanı iyonları 400 MeV değerinde hızlandırıyor. İyonlar ardından elektronlardan kurtulması için karbon folyonun üzerinden geçiriliyor ve yüklü protonlar Booster'a geçiyor.

Booster küçük çembersel synchrotrondan oluşuyor ve protonlar 20.000 defa üzerinden geçerek 8 GeV civarında bir enerjiye ulaşıyorlar. Booster'dan sonra parçacıklar Ana Enjektöre geçiyor. 1999 yılında tamamlanan bu enjektör birkaç aşamalı işlem izliyor. Sırasıyla; protonları 150 GeV'ye kadar ivmelendiriyor; antiproton oluşumu için 120 GeV'lik protonlar üretiyor; antiprotonların enerjisini 150 GeV değerine çıkartıyor ardından protonları veya antiprotonları Tevatron'a naklediyor. Antiprotonlar Antiproton Kaynağı tarafından üretiliyor. 120 GeV protonlar bir nikel hedef ile çarpıştırılıyor. Bu çarpışmanın sonucunda bir dizi antiproton içeren parçacık oluşuyor. Bu parçacıklar akümülatör içerisinde toplanıyor ve saklanıyor. Ardından bu halka antiprotonları Ana Enjektör'e geçirebiliyor.

Tevatron Ana Enjektörden gelen parçacıkları 980 GeV değerine kadar ivmelendirebiliyor. Proton ve antiprotonlar zıt yönlendirde ivlemendirilip CDF ve DØ dedektörlerinin içerisindeki geçitte 1.96 TeV değerinde çarpışıyor. Parçacıkları yol üzerinde tutabilmek için Tevatron 774 niobium-titanium süper iletken dipol mıknatısı kullanıyor. Bu mıktanıs 4.2 tesla üreten sıvı helyumun içerisinde soğutuluyor. Manyetik alan yaklaşık 20 saniye içinde maksimum değerine çıkarken aynı zamanda parçacıkları ivlemendirir. Bir başka 240 NbTi Quadrupole mıknatıs bu ışına odaklanmak için kullanılıyor.

Tevatron'un başlangıçta tasarlanan ışının değeri 1030 cm−2 s−1 dı, fakat, hızlandırıcıda yapılan değişikler sonucu ışınlar 4×1032 cm−2 s−1 değerine kadar ulaşabildi.

27 Eylül 1993 yılında "American Society of Mechanical Engineers" Tevatron'un kriyojenik soğutma sistemine "International Historic Landmark" adını verdi. Tevatron'un süperiletken mıknatısları için tasarlanmış kriyojenik sıvı helyum aşırı düşük sıcaklıklarda bulunuyordu. Bu sistem parçacık ışınlarını büken ve odaklamaya yarayan mıknatıs bobinlerini süper iletken durumda tutuyordu. Böylece sıcaklığı dengede tutmak için gereken güçten 3 kat daha az bir güç harcamış oluyordu.

Keşifler

Tevatron teorik parçacık fiziğinde ön görülen birçok atomaltı parçacığın varlığını kanıtladı veya kanıtlanması için temel sağladı. 1995 yılında CDF ve DØ deneyleri üst kuarkların keşfini duyurdu ve 2007 de kütlesinin %1'i kadar olduğu ölçüldü. 2006 da CDF işbirliği Bs titreşimlerini ilk defa ölçtü ve iki tür sigma baryon gözlemledi. 2007 de DØ ve CDF işbirlikleri "Cascade B" (
Ξ-
b
) Ksi baryonunun ilk defa direkt olarak gözlemlediğini duyurdu.

Eylül 2008 de, DØ işbirliği
Ω-
b
, a "double strange" Omega baryon'u buldu ve bunun kütlesinin quark modelinde ön görülenden önemli bir derecede daha fazla olduğunun farkına vardı. 2009 Mayıs ayında CDF işbirliği
Ω-
b
üzerine olan araştırmalarının elde ettiği sonuçları halka açtı. CDF deneyinden elde edilen kütle ölçümleri 6054,4±6,8 MeV/c2 ve bu değer Standart model ile mükemmel bir uyum gösteriyordu. Fakat önceki DØ deneyindeki sonuçlarında hiçbir sinyal gözlenmemişti. DØ ve CDF'den elde edilen bu iki tutarsız sonuç 6.2 değerinde standart sapmaya sahipti. CDF tarafından ölçülen kütlenin ve teorik beklentilerin arasında oldukça iyi bir uyum olduğu için bu güçlü bulgu CDF tarafından keşfedilen parçacığın
Ω-
b
olduğu yönünde karar alınmasını sağladı. Bu da LHC deneylerinden gelen yeni veriler için bazı durumları ileride açıklayan bir bulgu olacaktı.

2 Haziran 2012 tarihinde bilim insanları Tevatrondaki 500 trilyon çarpışma sonucundaki sonucunda elde edilen verileri duyurdu. Bu sonuçlardan biri de Higgs bozonuydu. Tartışmalı olan higgs bozonunun 115 ile 135 GeV kısımları arasında bir kütlesi vardı. Gözlenen sinyallerin istatistiksel önemi ise 2.9 sigmaydı. Bu da 550 de bir bir olasılığa olduğunu gösteriyordu. Fakat Tevatron'un son araştırmaları hala Higgs parçacağının var olup olmadığını kanıtlayamadı. 4 Haziran 2012'de LHC'den bilim adamları bu konuyla alakalı daha kesin verilere ulaştığını duyurdu; kütlesi 125.3 ± 0.4 (CMS)[24] or 126 ± 0.4 (ATLAS) arasında değişen bir değere sahipti. LHC ve Tevatron tarafından sunulan bu güçlü kanıtlar Higgs bozonunun bu kütleler arasında bir değere sahip olacağını ortaya koydu.

Deprem Tespiti

Depremler çok uzakta gerçekleşse bile ışınların kalitesini ve yönünü etkileyecek kadar mıknatıslar üzerinde güçlü hareketlenmelere sebebiyet vermektedir. Bu yüzden tiltmeterlar Tevatron'un mıknatıslarını model almış ve dalgalanmaları dakikalık olarak monitöre yansıtarak problemin kaynağını önceden yardımcı olmasını sağlıyorlar. Bu ışınlarda sapmaya yol açan ilk deprem 2002 Denali depremiydi. 28 Haziran 2004'te gerçekleşen orta dereceli bir deprem başka bir çarpıştırıcının kapatılmasına yol açtı. O zamandan beri 20 depremden kaynaklanan dakikalık sismik titreşimler Tevatron tarafından kapatılmaya sebebiyet vermeden algılanabildi. Bunlara örnek olarak 2004 Hint Okyanusu depremi, 2005 Sumatra depremi, 2007 Gisborne depremi, 2010 Haiti depremi ve 2010 Şili depremi örnek verilebilir.


İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi</span> Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi veya Fransızca adı olan Conseil Européen pour la Recherche Nucléairein kısaltmasıyla CERN, İsviçre ve Fransa sınırında yer alan, dünyanın en büyük parçacık fiziği laboratuvarını yöneten araştırma

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi veya Fransızca adı olan Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire'in kısaltmasıyla CERN, İsviçre ve Fransa sınırında yer alan, dünyanın en büyük parçacık fiziği laboratuvarını yöneten araştırma kuruluşudur. 1954 yılında 12 ülkenin katılımıyla kurulmuş olan CERN'in 23 tam üyesi vardır. İsrail, Avrupa dışında yer alan tek tam üyedir. Türkiye, ortak üye statüsündedir.

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">Büyük Hadron Çarpıştırıcısı</span>

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık çarpıştırıcısı ve dünyanın en büyük makinesi. Avrupa Nükleer Araştırmalar Merkezi (CERN) tarafından, 1998 ve 2008 yılları arasına 100'ü aşkın ülkeden 10.000 bilim insanı ve mühendisin yanı sıra 100'ün üzerinde üniversite ve laboratuvarın katılımıyla inşa edildi. Cenevre yakınlarında, Fransa-İsviçre sınırının altındaki 27 kilometre uzunluğunda ve derinliği 175 metreyi bulan bir tünel boyunca uzanır.

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

Fermilab, Amerika Birleşik Devletleri'nde Chicago kenti yakınlarındaki Batavia'da yer alan bir parçacık fiziği laboratuvarıdır. 1967'de National Accelerator Laboratory adıyla kurulmuş, 1974'te Nobel ödüllü fizikçi Enrico Fermi'nin anısına adı Fermi National Accelerator Laboratory olarak değiştirilmiştir.

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

Parçacık hızlandırıcı, yüklü parçacıkları yüksek hızlara çıkarmak ve demet halinde bir arada tutmak için elektromanyetik alanları kullanan araçların genel adıdır. Büyük hızlandırıcılar parçacık fiziğinde çarpıştırıcılar olarak bilinirler. Diğer tip parçacık hızlandırıcılar, kanser hastalıklarında parçacık tedavisi, yoğun madde fiziği çalışmalarında senkrotron ışık kaynağı olmaları gibi birçok farklı uygulamalarda kullanılır. Şu an dünya çapında faaliyette olan 30.000'den fazla hızlandırıcı bulunmaktadır.

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.

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

Mezonlar, güçlü etkileşim ile bağlı bir kuark ve bir antikuarktan oluşan hadronik atomaltı parçacıklardır. Atomaltı parçacıklardan oluştuklarından mezonlar, kabaca bir femtometre kadarlık bir yarıçaplı fiziksel bir boyuta sahiptirler. Bütün mezonlar kararsızdırlar ve en uzun ömürlüsü mikrosaniyenin altında bir ömre sahiptir. Yüklü mezonların bozunmasıyla elektron ve nötrino oluşur. Yüksüz mezonların bozunmasıyla da fotonlar oluşur.

CMS deneyi, Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nde (CERN) LHC hızlandırıcısı üzerinde kurulmuş olan ve 2008 yılında çalışmaya başlayarak proton-proton çarpışmaları sonucu ortaya çıkan parçacıkların izlerini ve enerjilerini ölçen beş deneyden biridir. İsmi İngilizcede Compact Muon Selenoid sözcüklerinin baş harflerinden gelir. 15 m yükseklikte, 22 m boyunda, toplam 12500 ton ağırlığa sahip bir düzenektir. Dedektörün en iç bölgesinde 3.85 Tesla kadar magnetik bir alan şiddetine sahip güçlü bir süperiletken mıknatıstır ve özellikle yeni fizik kanunlarına ait sinyalleri keşfetmek üzere dizayn edilmiştir, fakat daha önceki çarpıştırma deneylerinden daha yüksek enerjilere çıkabilmesi sebebi ile önceki deney sonuçlarını daha yüksek duyarlılıkta ölçümler yapabilmektedır.

<span class="mw-page-title-main">Siklotron</span> bir çeşit parçacık hızlandırıcı

Siklotron bir çeşit parçacık hızlandırıcıdır. Siklotronlar yüklü parçacıkları yüksek frekanslı alternatif gerilim kullanarak hızlandırır.

Sinkrotron özel bir dairesel parçacık hızlandırıcı çeşididir. Siklotron kavramından üremiş olan sinkrotronda, parçacıklara yön veren manyetik alan, artan kinetik enerjili bir parçacık ışınına senkronize olduğundan zaman bağımlıdır.

<span class="mw-page-title-main">Higgs bozonu</span> atom altı parçacık

Higgs bozonu; Peter Higgs, Gerald Guralnik, Richard Hagen, Tom Kibble, François Englert ve Robert Brout tarafından Standart Model'deki fermiyonlara kütle kazandırmak için varlığı öne sürülmüş, spini 0 (sıfır) olan parçacık. H veya h olarak kısaltılır. Aralık 2011'de o zamanlar iki ana deneyin sözcüleri birbirlerinden bağımsız sonuçlara dayanarak Higgs parçacığının 125 GeV/c2 değerinde bir kütleye sahip olabileceğini belirtti. Ayrıca yaptıkları açıklamada 115–130 GeV/c2 arası hariç Higgs'in bulunmayacağı diğer kütle aralıklarının önemli ölçüde elendiğini belirttiler. BHÇ'nin kesin bir sonuç için gerekli cevabı 2012'nin sonunda vereceği söylendi. 22 Haziran 2012'de CERN, yapılan deneylerin son durumu hakkında bir seminer verileceğini duyurdu. 28 Haziran 2012 civarlarında parçacığın bulunduğu yönünde açıklamaların geleceği medyada yayılmaya başladı fakat bunun "sadece güçlü bir sinyal" mi yoksa resmi bir keşif mi olacağı belirsizdi.

W ve Z bozonları, zayıf etkileşime aracılık eden temel parçacıklardır. Bu bozonların keşfi parçacık fiziğinin Standart Modeli için büyük bir başarının müjdecisi oldu.

<span class="mw-page-title-main">Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı</span>

Large Electron–Positron Collider, büyük elektron-pozitron çarpıştırıcısı (LEP) şimdiye kadar yapılmış en büyük parçacık hızlandırıcılarından birisiydi.

Üst kuark, parçacık fiziğinde Standart Model'de tanımlanan bir parçacık. +2/3 elektrik yüküne sahip üçüncü kuşak kuarktır. 171,2 GeV/c2 kütleye sahip temel parçacık.

<span class="mw-page-title-main">Carlo Rubbia</span> İtalyan fizikçi

Carlo Rubbia, İtalyan Cumhuriyeti Liyakat Nişanı, CERN'de W ve Z parçacıklarının keşfindeki büyük katkılarından dolayı 1984 Nobel Fizik Ödülünü, Simon van der Meer ile paylaşan İtalyan parçacık fizikçisi ve mucit.

<span class="mw-page-title-main">Paul Scherrer Enstitüsü</span> İsviçrede bir araştırma enstitüsü

Paul Scherrer Institute (PSI) ETH Zürih ve EPFL'yi de kapsayan İsviçre ETH-Komplex'e ait çok disiplinli bir araştırma enstitüsüdür. 1960'ta kurulan EIR ve 1968'de kurulan SIN birleştirilmesi ile 1988 yılında kurulmuştur.

<span class="mw-page-title-main">Doğrusal parçacık hızlandırıcı</span>

Doğrusal parçacık hızlandırıcı, yüklü atomaltı parçacıkları ya da iyonları, doğrusal bir ışın hattı boyunca uygulanan birtakım salınımlı elektrik potansiyelleriyle hızlandıran bir tür parçacık hızlandırıcıdır. Böyle bir aracın ilkelerine dair ilk fikirler 1924'te Gustav Ising tarafından ortaya atılmış, çalışan ilk doğrusal parçacık hızlandırıcı ise 1928'de Rolf Widerøe tarafından RWTH Aachen'de inşa edilmiştir. Radyoterapide gereken X ışınları ve yüksek enerjili elektronlar üretme, daha yüksek enerjili parçacık hızlandırıcılar için parçacık enjektörü olarak faaliyet gösterme ve görece hafif parçacıklar için en yüksek kinetik enerjiyi elde etme amaçlarıyla kullanılırlar.

<span class="mw-page-title-main">HERA (parçacık hızlandırıcı)</span>

HERA, Hamburg'daki DESY'de bir parçacık hızlındırıcıydı. 1992'de faaliyete başladı. HERA'daki elektron'lar veya pozitron'lar, 318 GeV'lik bir kütle enerjisi merkezinde proton'larla çarpıştırıldı. Çalışırken dünyadaki tek lepton-proton çarpıştırıcısıydı. Ayrıca, kinematik aralığın belirli bölgelerinde enerji sınırındaydı. HERA 30 Haziran 2007'de kapatıldı.

CEBAF Büyük Kabul Spektrometresi (CLAS), Newport News, Virginia, Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan Jefferson Laboratuvarı'ndaki deneysel Hall B'de bulunan bir nükleer ve parçacık fiziği dedektörüdür. Dünyanın birçok ülkesinden 200'den fazla fizikçinin işbirliğiyle nükleer maddenin özelliklerini incelemek için kullanılır.

<span class="mw-page-title-main">Ashutosh Kotwal</span>

Ashutosh Vijay Kotwal, Hint kökenli Amerikalı bir parçacık fizikçisidir. Duke Üniversitesi'nde Fritz London Fizik Profesörüdür ve W bozonları ve Higgs bozonu ile ilgili parçacık fiziği araştırmaları yürütür ve yeni parçacıklar ve kuvvetler araştırmaları yapmaktadır.