Fizikçiler Parçacık Hızlandırıcının Boyutunu 1000 Kat Küçültmeyi Önerdi
Fizikçiler mevcut tesislerden çok daha küçük ve ucuz olacak bir parçacık hızlandırıcı tasarımı geliştiriyor. Kilvater-alan hızlandırması olarak bilinen bu tasarımların arkasındaki yöntem 1970’lerden beri çalışılıyor ancak şimdi hızla gelişiyor. Mini hızlandırıcının bir modeli CERN’deki ilk testini geçti.
Fizikçiler temel parçacıkları incelemek için hızlandırıcılar kullanırlar. Bunun için devasa enerjiler gerekiyor ve hızlandırıcılar giderek büyüyor.
Bilim insanları şimdi Büyük Hadron Çarpıştırıcısının (LHC) bir evrimi olacak olan bir sonraki çarpıştırıcıların planlarını hazırlıyorlar. LHC’nin halkası 27 kilometre, henüz geliştirilmekte olan yeni FCC hızlandırıcısının halkası ise yaklaşık 100 kilometre.
Ancak çok daha küçük cihazlarda karşılaştırılabilir enerjiler üretecek teoriler ve modeller geliştiriliyor. Fizikçiler, mevcut tesislerden çok daha küçük ve ucuz olacak bir parçacık hızlandırıcı tasarımı geliştiriyor.
Kilvater-alan hızlandırması olarak bilinen bu tasarımların arkasındaki yöntem 1970’lerden beri çalışılıyor ancak şimdi hızla gelişiyor. Mini hızlandırıcının bir modeli CERN’de ilk testine tabi tutuldu.
Kilvatera alan hızlandırması, elektronların ya başka bir parçacık ışını ya da bir lazer tarafından yaratılan bir plazma dalgası – iyonize bir gaz – üzerinde hareket etmesini içerir.
Parçacıkları itmek için elektromanyetik alanlar kullanan LHC’deki gibi geleneksel hızlandırıcı boşlukları yüksek alan güçlerinde kıvılcım çıkarmaya başlar. Ancak plazma dolu modüller aşırı alanlara dayanabilir.
Bu, kilvater alan teknolojisinin bir santimetre mesafede geleneksel yöntemlerden 1.000 kat daha fazla hızlanma sağlayabileceği anlamına geliyor. Büyük ölçekli bir uygulamada bu, bir hızlandırıcıyı kilometrelerden metrelere indirebilir.
Mini çarpıştırıcı tasarımı
Kilvater alan hızlandırıcıları için en büyük engeller arasında, parçacık enerjilerini büyük bir çarpıştırıcı seviyesine yükseltmek için birden fazla odacığı birbirine bağlamak ve tek tip ve aynı ışınları oluşturmak olacaktır.
Diğer zorluklar arasında pozitronların (elektronların antimaddeden elde edilen daha zor işlenebilir analogları) nasıl hızlandırılacağı konusunda uzmanlaşmak ve ne tür bir kilvater-alan hızlandırıcısı seçileceğine karar vermek yer alıyor.
Almanya’nın Münih kentindeki Max Planck Fizik Enstitüsü’nden Patrick Muggli, “Buna karar vermemiz gerekiyor” diyor.
Bu teknoloji henüz bir sonraki çarpıştırıcıda kullanılacak kadar olgunlaşmış değil. Ancak geleceğin çarpıştırıcısı için umut vaat ediyor. Kaliforniya Berkeley’deki Lawrence Ulusal Laboratuarı’ndan bir ekip geçen yıl parçacık demetini yönlendirmek için lazer kullanarak yaptığı deneylerde elektronları sadece 30 santimetrelik bir mesafede 10 milyar elektronvolt (eV) enerjiye kadar hızlandırabileceğini gösterdi. Bu, parçacıkları 27 kilometreden daha uzakta hızlandıran LHC’deki ışınların ulaştığı enerjinin hala yaklaşık yüzde biri, ancak teknoloji hızla ilerliyor.
SLAC ve Hamburg’daki Alman Elektron Senkrotronu’ndaki (DESY) araştırmacılar ışınların odağını daraltmak ve parçacıkların enerjilerini dağıtmak için çalışıyorlar.
Nisan ayında Nature’da yayınlanan bir makalede DESY fizikçileri, geleneksel bir hızlandırıcıda üretilenler kadar homojen bir ışın oluşturabileceklerini gösterdiler.
Hızlı ilerleme
Kilowater hızlandırmanın savunucuları, teknolojinin bir versiyonunun 2050’lerde hızlandırıcıları yükseltme çalışmalarına başlamak için zamanında hazır olabileceğini umuyor. Bu, enerjiyi 20 kat artırarak yaklaşık 500 milyar eV’den 10 trilyon eV’ye çıkaracaktır.
CERN şu anda geleneksel bir çarpıştırıcı olan ancak LHC’den daha güçlü olan FCC’yi (Geleceğin Dairesel Çarpıştırıcısı) geliştiriyor. Muggli, CERN’in planlarının gerçekleşmesi halinde, kilvater hızlandırmanın başka yerlerde de kullanılabileceğini söylüyor.
Muggli, Çin’in geliştirilmekte olan halka elektron-pozitron çarpıştırıcısındaki fizikçilerin, parçacıkları hızlandırıcıya enjekte etmek için kilvater hızlandırmayı bir enjektöre dahil etmeyi tartıştıklarını söylüyor. Bu teknoloji oda büyüklüğünde senkrotronlar ve güçlü X-ışınları üreten serbest elektron lazerleri yaratmak için kullanılabilir.
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Fizikçiler Parçacık Hızlandırıcının Boyutunu 1000 Kat Küçültmeyi Önerdi