CERN Nasıl Çalışır?

40 yıldan fazla bir süre önce, İngiliz teorik fizikçi Peter Higgs ve meslektaşları, bu belirli temel parçacık ve onunla ilişkili alanın maddenin kütlesinin olmasının nedenleri olduğunu öne sürmüştü. Bilim adamları 21. yüzyılda Higgs'in teorisini doğruladıklarında, Einstein ve diğer pek çok kişinin hayatlarını araştırmaya adadığı evrenin nasıl çalıştığına dair bir pencere açıldı.

Keşif, bilimin bir zaferini temsil ediyordu. Ancak araştırmacılar, bir teleskopla bakarak, bir uzay aracından toplanan verileri analiz ederek veya hatta Einstein'ın ünlü düşünce deneylerinden birini gerçekleştirerek bu bulguyu yaptılar . Higgs'i, dünyanın dört bir yanındaki çarpıştırıcılarda, özellikle de İsviçre'nin Cenevre kentindeki CERN'de onlarca yıl süren özenli araştırmalar sonucunda buldular. CERN, Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (veya Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) anlamına gelir.

Araştırmaları özenliydi çünkü Higgs bozonunun ömrü sonsuz derecede kısaydı. Göz açıp kapayıncaya kadar geçen süreden çok daha kısa sürede daha küçük parçacıklara ayrılır . Bilim adamlarının Higgs'i tespit etmek için tetikte olmaları gerekiyordu. Deneme yanılma, öfori ve umutsuzluk yoluyla, CERN'deki bilim adamları, zor parçacığın peşinden koşarak on yıllar boyunca 10 milyar dolar harcadı [kaynak: Overbye ].

Keşif, CERN'i ön sayfaya koydu. Yine de çoğu insan, CERN'deki bilim adamlarının gerçekte ne yaptığı hakkında hiçbir fikre sahip değil. Bu konuda yardımcı olabiliriz.

1. CERN'in içinde
2. Kalpteki Hadron (Çarpıştırıcı)
3. CERN Verilerini Analiz Etmek: Şimdi Bu Büyük Bir İş

CERN 1950'lerden beri var. İkinci Dünya Savaşı'nın sonunda Avrupa'nın karmakarışık ve bilim camiasının darmadağın olduğunu hatırlayın. Aralarında Avrupa'dan koparılanların da bulunduğu Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bilim adamları fizikte başı çekmişlerdi. 1949'da Fransız kuantum fizikçisi Louis de Broglie, Avrupa'nın çok uluslu bir atom fiziği laboratuvarı oluşturarak bilimsel ihtişamını yeniden yakalamaya çalışmasını önerdi.

Birkaç yıl sonra CERN, Cenevre'nin hemen dışında doğdu ve inşa edildi. 12 kurucu ülke Belçika, Danimarka, Fransa, Batı Almanya, Yunanistan, İtalya, Hollanda, Norveç, İsveç, İsviçre, Birleşik Krallık ve Yugoslavya'yı içeriyordu. Ocak 2014 itibariyle, İsrail, Polonya ve Finlandiya dahil olmak üzere 21 ülke CERN üyesidir ve her biri karar organı olan CERN konseyinde iki yer alır, ancak bu tür kararlar için tek bir oya sahiptir. 2014 yılında CERN'in Genel Direktörü Rolf Heuer, esasen lider olarak görev yapıyor.

Amerika Birleşik Devletleri üye değil, gözlemci bir devlettir , yani toplantılara katılabilen ve bilgi alabilen ancak CERN konularında oy kullanamayan bir devlettir [kaynak: CERN ]. (ABD'den bahsetmişken, birkaç LHC bileşeninin yapımı için 531 milyon dolar katkıda bulundu.)

CERN'in işi evrenin nasıl çalıştığını bulmaktı. Önemli değil, değil mi? Bilim adamları, bu anıtsal görevi başarmanın en iyi yolunun, atom altı parçacıkları birbirine çarpan dev makineler yapmak olduğuna karar verdiler . Umut, bu sözde atom parçalayıcıların, araştırmacılara evrenin ortaya çıkmasından hemen sonraki zamana bir bakış vermesiydi. Buna göre, CERN ilk hızlandırıcısını 1957'de, çöken ve 33 yıllık hizmete giden yolu parçalayan Synchrocyclotron'u oluşturmaya başladı. CERN şu anda İsviçre ve Fransa sınırında bulunan bir bina kompleksinde birkaç hızlandırıcı ve bir yavaşlatıcı işletiyor. Deneylerin maliyeti üye ülkelere yayılmıştır [kaynaklar: Exploratorium , CERN ].

2014 itibariyle, 2.400 tam zamanlı çalışan ve 1.500 yarı zamanlı çalışan CERN'de çalışırken, 600'den fazla enstitü ve üniversitenin, antimadde , kara delikler ve olaylar gibi çeşitli gizemleri çözmeye başlamak için tesislerini kullanmasına izin verildi. Bu, Büyük Patlama'dan bir saniye sonra meydana geldi . Ayrıca, 113 ülkeden 10.000 bilim insanı - gezegendeki tüm parçacık fizikçilerinin yarısı - her yıl araştırma için CERN'e uğramaktadır. Ve sadece bilim adamları da değil. İnsanlar mühendisler, deneysel fizikçiler ve hatta muhasebeciler dahil olmak üzere çeşitli işlerde çalışırlar. Üye devletlerden bilim adamları, diğer ülkelerden kıdemli bilim adamları her zaman [kaynaklar: Exploratorium , CERN ] olarak kabul edilmekle birlikte, bir pozisyonda ilk çatlakları alırlar.

Dünyayı Bağlamak

1989'da İngiliz bilim adamı Tim Berners-Lee, hiper metin aktarım protokolü veya http geliştirerek World Wide Web'in icat edilmesine yardımcı oldu. Berners-Lee, dünyanın her yerindeki bilim insanlarının verileri [kaynak: CERN ] paylaşabilmesi için etkileşimli bilgisayarlardan oluşan bir ağ oluşturmaya hevesliydi.

CERN'in kalbinde, dünyanın en büyük ve en güçlü parçacık hızlandırıcısı, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) adı verilen bir atom parçalayıcı bulunur. (O kadar büyük ki kendi makalesi var .) LHC, 17 millik (27 kilometrelik) bir süperiletken mıknatıs halkasından ve bir merminin tabancadan geçmesi gibi aparatın içinden yüksek enerjili parçacıkları fırlatan bir dizi hızlandırıcıdan yapılmıştır. . Yerin 328 fit (100 metre) altında bulunan çarpıştırıcı, bir yönde bir proton demeti patlatırken, başka bir demet zıt yönde hareket eder.

Kaboom ! Kablam ! Uyarı !

İstediğiniz herhangi bir ünlem kullanın. En yüksek hızda, parçacıklar her birine ışık hızının yüzde 99.9999991'inde çarpar [kaynak: CERN ]. Protonlar birbirine her çarptığında, diğer parçacıklardan oluşan karmaşık bir sprey oluşturur. Bu parçacıkların çoğu bir saniyeden daha kısa sürer, ancak bilim adamlarının takip edebileceği bir atom altı ekmek kırıntısı izi bırakır. Bu izi takip etmek için bilim adamları, evrenimizin temel yapı taşlarını görmelerini sağlayan oldukça karmaşık iki dedektöre güveniyorlar.

Bu dedektörlerden biri de ATLAS'tır. Yaklaşık 148 fit (45 metre) uzunluğunda ve 82 fit (25 metre) yüksekliğinde olan makine Higgs bozonunun bulunmasına yardımcı oldu. ATLAS, Notre Dame'ın (üniversite değil, katedral) yarısı kadardır ve Eyfel Kulesi'nin (Paris'teki, Las Vegas'taki değil) ağırlığı kadardır. CERN bilim adamları ATLAS'ı ve diğer dedektörleri (ALICE, CMS, LHCb, LHCf) sadece bilim kurgu kitaplarında okuduğunuz şeyleri , örneğin başka boyutların var olup olmadığı gibi incelemek için kullanırlar; evrende ne tür bir birleştirici güç olabilir; ve eğer karanlık madde kanıtı varsa . Sadece iki dedektör, ATLAS ve CMS, Higgs bozonu gizemini çözmeye ayrılmıştı. LHC'deki tüm deneyler farklıdır ve dünya çapında işbirliği yapan bir bilim adamları ekibi tarafından yürütülür [kaynaklar: ATLAS , CERN].

Parçacıkları neredeyse ışık hızında bir araya getirmek bir şeydir; bu çarpışmalardan elde edilen verileri yorumlamak başka bir şey. Parçacıklar LHC'de saniyede yaklaşık 600 milyon kez çarpışır [kaynak: Sakai ]. Bu çarpışmalardan yayılan bilgiler bize atomun iç işleyişi ve atomu bir arada tutan kuvvetler hakkında ciltler dolusu bilgi verebilir, ancak detektörlerden gelen tüm bilgileri kesinlikle kaydedemeyiz. CERN yapsaydı, örneğin ATLAS, her saniye 100.000 CD'yi veriyle doldurabilirdi. Bunun yerine, ATLAS, diğer dedektörler gibi, dakikada 27 CD'ye [kaynak: ATLAS ] koymaya yetecek kadar, yalnızca "küçük bir bilgi" kaydedebilir .

Bu sayı mevcut bilgilerin yalnızca bir kısmı olsa da, yine de ezici bir miktardır. Dedektörler bulduklarını, teknisyenlerin ve araştırmacıların her çarpışmayı dijital olarak yeniden yapılandırmak için bilgisayarları kullandıkları CERN Veri Merkezine aktarır. Yeniden yapılanma sırasında bilim adamları, parçacıkların nasıl davrandığına dair teorilerini teste tabi tuttular. Bilgisayar simülasyonlu çarpışmaları gerçek çarpışmalarla karşılaştırırlar. İkisi arasındaki bir eşitsizlik, yeni bilimi, açıklanamayan bir şeyi ifade edebilir [kaynak: Sakai ].

Veri merkezi her gün bir petabaytlık bilgiyi işler. Tüm bilgileri bir petabayt [kaynak: McKenna ] içinde tutmak için 223.000 DVD gerekir . İşleri daha da zorlaştırmak için, bilim adamları her yıl 30 petabayttan göz atıyorlar, bu da yeni bilimi bulmayı inanılmaz derecede zorlaştırıyor [kaynaklar: CERN , McKenna ].

Bu şaşırtıcı sayılar göz önüne alındığında, CERN'in veri merkezi bu sayıları tek başına kıramaz. Bunun yerine, bilim adamları gezegenin en büyük bilgi işlem ağı olan, 40 ülkedeki 170 bilgisayar merkezinden oluşan bir birlik olan Worldwide LHC Computing Grid'e güveniyor. Izgara, "bilim için şimdiye kadar yapılmış en karmaşık veri alma ve analiz sistemi" olarak lanse ediliyor. Günde 2 milyondan fazla işi yürütür ve sunucularından her saniye 10 gigabayt veri aktarabilir. Izgara olmadan, Higgs bozonu keşfedilmemiş olabilir [kaynak: WLCG ].

Einstein'a gelince, CERN'de neler olduğunu bilseydi, yani arkadaşları küllerini 1955'te Delaware Nehri'ne serpmeseydi, mezarda sallanırdı.

atom tatili

Cenevre'de tatil yapıyorsanız, CERN'i ücretsiz gezebilirsiniz, ancak önce web sitesini ziyaret ettiğinizden ve bir talep gönderdiğinizden emin olun. Pasaportunuzu veya kimliğinizi unutmayın. Ayrıca 13 yaşından küçük (grup turları için) çocuklarınızı yüksek topuklu ayakkabılar, sandaletler ve parmak arası terliklerle birlikte evde bırakın. Sigara da içemezsiniz [kaynak: CERN ].

Yazarın Notu: CERN Nasıl Çalışır?

Einstein'a atıfta bulunuyorum çünkü onun dünyaya öğrettiklerinin bir zerresini bile anladığım için değil, bugünün bilim adamları hemen hemen Einstein'ın çalışmalarını temel almaya çalıştıkları için. Einstein'ın incelemek için çok zaman harcadığı şeylerden biri, atomların ve ışığın nasıl davrandığıydı. Teorileri nihayetinde Higgs bozonunun varlığına ve keşfine yol açtı.

İlgili Öyküler