« Hürriyet.com.tr
MENÜ

Arjantin bozkırında fiziğin sınırlarına yolculuk

Kozmik ışınlar 1912 yılında balon yolculukları sırasında Viktor Hess tarafından keşfedilmişti. Ama ne var ki en yoğun enerji yüklü parçacıkların nereden geldikleri sorusuna hala bir yanıt bulunamadı. 15 ülkeden 200 bilim adamından oluşan uluslararası bir ekip şimdi fiziğin en eski bilmecelerinden birini çözmek için kolları sıvadı.

Hürriyet Haber
SON GÜNCELLEME
Batı Arjantin’in Pampa bölgesindeki 1500m yüksekliğindeki bir plato üzerinde, 3000 kilometrelik bir alanda dünyanın en büyük gözlemevi kurulu. Fransız fizikçi Pierre Auger’e göre isimlendirilen Auger enstrümanı, 1,5km aralıklarla yerleştirilen 1600 dedektörden oluşmakta.

Astronomlar burada "Parçacıklar nereden geliyor?", "Muazzam enerjilerin arkasında hangi hızlandırıcı mekanizma gizli?", "Yoğun enerji yüklü parçacıkların oluşmasından karadelikler mi sorumlu veya bu parçacıklar standart modellerin ötesinde yeni bir fiziğe mi işaret ediyor?" gibi soruları yanıtlamaya çalışacaklar.

Dedektörler yakalıyor

Bir yüksek enerjili kozmik parçacık, atmosferde durmadan bölünmeye devam eden bilyonlarca ikincil parçacık oluşturmakta. İkincil parçacıklar neredeyse ışık hızında tıpkı bir uçan halı gibi yere savrulurlar. Bu halının yeryüzündeki çapı yaklaşık olarak 10 üstü 20km’dir.
/images/100/0x0/55ea7c76f018fbb8f8831aee
Yakındaki detektörler aynı anda yoğun miktarda parçacık kaydettiklerinde bilim adamları, bir hava sağanağının indiğini anlıyor ve uzaydan dünya atmosferine ne tür bir parçacığın "sıçradığını" saptıyorlar.

Parçacıkların enerjisini, hangi yönden geldiklerini ve hangi parçacıklar olduğunu belirliyoruz. Bunları örneğin protonlar, demir çekirdeği veya fotonlar olabiliyor. Ve bu ölçümler uzaydaki parçacıkların kaynakları hakkında bilgi vermekte diye açıklıyor uzmanlar.

Astronomlar Pampa’daki enstrümanların 1500m yükseklikte kurulu olması nedeniyle önemli bir avantaja sahipler. Göğe yakın ölçüm aletleri sayesinde daha net görebiliyorlar. Bölge yerleşim yerlerinden uzak olduğu için ölçüm aletleri, ışık kirliliği, telsiz sinyalleri veya şehir gürültüsünden etkilenmiyor.

Lazerler devrede

Fakat kozmik ışınların ölçümü için lazere gerek duyulmakta. Bu yüzden gözlemevinin merkezine Central Laser Facility tesisi kurulmuş. Basit bir çelik konteynerden oluşan tesisin çatısında yerden uzanan bir borudan yükselen lazer ışını, tersinir optikle gökyüzünün tüm yönlerine göre çevrilebiliyor.

Gözlemevinde çalışan Fransız bilim adamı bu sistemin mantığını şu şekilde açıklamakta: "Kozmik ışını doğrudan doğruya görmüyoruz, sadece havada çözülmüş parçacık yağmurunu izleyebiliyoruz. Havanın özellikleri değişebiliyor. Basınç, sıcaklık, nem veya bulutlanma parçacık yağmurunu etkilemekte. Oysa kozmik ışının kesin ölçümü, hava koşullarının da kesin olarak bilinmesini gerektiriyor. Lazer ışınları işte bu bilgileri tarıyor.

Ancak lazer pek görünmüyor. Belli belirsiz bir morötesi ışın olarak gökyüzüne yansırken, gözlemevinin kenarındaki çok hassas UV-teleskopları bulutlardan, havada asılı parçacıklardan (aerosol) ve tozlardan yansıyan UV-lazer ışınını kaydediyor.

Yeni bir dünya mı?

Çok yoğun enerjili kozmik bir ışının atmosfere girmesi halinde, verileri kalibre etmek için bir de hava balonu uçuruyorlar. Bunun gibi çok güçlü parçacık yağmurları yılda sadece 30 kez tekrarlanmakta. Ve bir tanesi 100km karelik’lik bir alanda meydana geldiği için çok büyük bir araştırma alanına ihtiyaç duyulmakta.

Bazı parçacıklar olağanüstü miktarda enerji yüklüler. Tek bir atom çekirdeği, 160km/h’lik hızla hareket eden bir tenis topu kadar enerjiye sahip.

Yani dünyaya yansıyan en güçlü parçacıklardan bile milyonlarca daha fazla enerji yüklüler. Fizikçiler bu kadar yoğun enerji yüklü parçacıkların ne tür gökcisimlerinden savrulduğunu merak ediyorlar.

Anlaşıldığı üzere yoğun enerjili kozmik ışınlar yıldız veya karadelik gibi büyük gökcisimlerine ait değil. Bilim adamları bugüne kadar bilinmeyen yoğun enerjili temel parçacıklarından yansıdığına inanıyorlar. Yoksa Pampa’daki gözlemler en küçük parçacıklara ait yepyeni bir dünyanın penceresini mi açıyor?

Dama tahtası gibi

Auger gözlemevinin en önemli bölümü 1600 su tankından oluşmakta. Bunlar Pampa düzlüğündeki 3000km karelik’lik alana 1500m aralıklarla dama tahtası motifine göre diziliyor. Gerçi şimdilik tankların yalnızca üçte biri yerleştirilmiş ama ölçümler buna rağmen başladı. Lazer konteynırının yanında da çalışır durumda bir ölçüm tankı bulunmakta. Bej rengindeki tankın kalınlığı üç buçuk, yüksekliği ise bir buçuk metre. Üzerinde ise insan boyunda bir anten ve bir de güneş peteği bulunmakta.

Tankın içinde 12.000 litre saf su depolanmış. Yeryüzüne düşen parçacık yağmuru, suda durdurulmakta. "Sesötesi hızda uçan bir uçağın havada bir patlama sesi yaratması gibi, ışıktan hızlı parçacıklar suda mavi flaşlar oluşturuyor" diye açıklıyor Alman atom fizikçisi Hans Blümer.

Çerenkov ışıması olarak adlandırılan bu mavi flaşları, bilim adamları tanklardaki hassas ışık detektörleriyle saptayabiliyorlar.

Aynı anda birçok tankta flaşların patlaması fizikçileri iyice heyecanlandırmakta. Bu atmosferde büyük bir patlamanın yaşandığı ve olağanüstü bir parçacık yağmurunun düştüğü anlamına gelir. Aslında bilim adamları tankların birbirine daha yakın yerleştirilmesini tercih ediyorlar ama bu düzenleme çok masraflı olduğundan bukadarıyla yetinmek zorundalar.

55 milyon dolar

Dünyanın en büyük gözlemevi en fazla 55 milyon dolara mal olacak. Pierre-Auger gözlemevi projesinin yaratıcıları Alan Watson ve Fizik Nobel ödüllü Jim Cronin ilk bir milyon dolara bulana dek büyük çabalar harcadılar.

1995 yılında hazırlanan proje, 2000 yılında nihayet yürürlüğe girdi. Bir süre sonra Arjantin’de yaşanan ekonomik kriz projeyi zora soktu ama artık her şey yolunda ve gözlemevinin önümüzdeki yıl tamamlanması bekleniyor.

Özellikle ilk ölçüm verileriyle Auger teleskopunun beklenilenden daha iyi çalışmasının anlaşılmasından sonra ekip büyük bir heyecan içinde çalışmalarını sürdürüyor.

Yeni veriler kozmik ışın bilmecesine eninde sonunda bir çözüm getirecektir, ya da bilim adamlarının dediği ya yeni bir astrofizik veyahut da yeni bir temel fiziğin kapılarını aralayabilir. Ve fiziğin sınırlarına doğru bir yolculuk başlar.

Kozmik ışınlar 1912 yılında balon yolculukları sırasında Viktor Hess tarafından keşfedilmişti. Ama ne var ki en yoğun enerji yüklü parçacıkların nereden geldikleri sorusuna hala bir yanıt bulunamadı. 15 ülkeden 200 bilim adamından oluşan uluslararası bir ekip şimdi fiziğin en eski bilmecelerinden birini çözmek için kolları sıvadı.

Batı Arjantin’in Pampa bölgesindeki 1500m yüksekliğindeki bir plato üzerinde, 3000 kilometrelik bir alanda dünyanın en büyük gözlemevi kurulu. Fransız fizikçi Pierre Auger’e göre isimlendirilen Auger enstrümanı, 1,5km aralıklarla yerleştirilen 1600 dedektörden oluşmakta.

Astronomlar burada "Parçacıklar nereden geliyor?", "Muazzam enerjilerin arkasında hangi hızlandırıcı mekanizma gizli?", "Yoğun enerji yüklü parçacıkların oluşmasından karadelikler mi sorumlu veya bu parçacıklar standart modellerin ötesinde yeni bir fiziğe mi işaret ediyor?" gibi soruları yanıtlamaya çalışacaklar.

Dedektörler yakalıyor

Bir yüksek enerjili kozmik parçacık, atmosferde durmadan bölünmeye devam eden bilyonlarca ikincil parçacık oluşturmakta. İkincil parçacıklar neredeyse ışık hızında tıpkı bir uçan halı gibi yere savrulurlar. Bu halının yeryüzündeki çapı yaklaşık olarak 10 üstü 20km’dir.

Yakındaki detektörler aynı anda yoğun miktarda parçacık kaydettiklerinde bilim adamları, bir hava sağanağının indiğini anlıyor ve uzaydan dünya atmosferine ne tür bir parçacığın "sıçradığını" saptıyorlar.

Parçacıkların enerjisini, hangi yönden geldiklerini ve hangi parçacıklar olduğunu belirliyoruz. Bunları örneğin protonlar, demir çekirdeği veya fotonlar olabiliyor. Ve bu ölçümler uzaydaki parçacıkların kaynakları hakkında bilgi vermekte diye açıklıyor uzmanlar.

Astronomlar Pampa’daki enstrümanların 1500m yükseklikte kurulu olması nedeniyle önemli bir avantaja sahipler. Göğe yakın ölçüm aletleri sayesinde daha net görebiliyorlar. Bölge yerleşim yerlerinden uzak olduğu için ölçüm aletleri, ışık kirliliği, telsiz sinyalleri veya şehir gürültüsünden etkilenmiyor.

Lazerler devrede

Fakat kozmik ışınların ölçümü için lazere gerek duyulmakta. Bu yüzden gözlemevinin merkezine Central Laser Facility tesisi kurulmuş. Basit bir çelik konteynerden oluşan tesisin çatısında yerden uzanan bir borudan yükselen lazer ışını, tersinir optikle gökyüzünün tüm yönlerine göre çevrilebiliyor.

Gözlemevinde çalışan Fransız bilim adamı bu sistemin mantığını şu şekilde açıklamakta: "Kozmik ışını doğrudan doğruya görmüyoruz, sadece havada çözülmüş parçacık yağmurunu izleyebiliyoruz. Havanın özellikleri değişebiliyor. Basınç, sıcaklık, nem veya bulutlanma parçacık yağmurunu etkilemekte. Oysa kozmik ışının kesin ölçümü, hava koşullarının da kesin olarak bilinmesini gerektiriyor. Lazer ışınları işte bu bilgileri tarıyor.

Ancak lazer pek görünmüyor. Belli belirsiz bir morötesi ışın olarak gökyüzüne yansırken, gözlemevinin kenarındaki çok hassas UV-teleskopları bulutlardan, havada asılı parçacıklardan (aerosol) ve tozlardan yansıyan UV-lazer ışınını kaydediyor.

Yeni bir dünya mı?

Çok yoğun enerjili kozmik bir ışının atmosfere girmesi halinde, verileri kalibre etmek için bir de hava balonu uçuruyorlar. Bunun gibi çok güçlü parçacık yağmurları yılda sadece 30 kez tekrarlanmakta. Ve bir tanesi 100km karelik’lik bir alanda meydana geldiği için çok büyük bir araştırma alanına ihtiyaç duyulmakta.

Bazı parçacıklar olağanüstü miktarda enerji yüklüler. Tek bir atom çekirdeği, 160km/h’lik hızla hareket eden bir tenis topu kadar enerjiye sahip.

Yani dünyaya yansıyan en güçlü parçacıklardan bile milyonlarca daha fazla enerji yüklüler. Fizikçiler bu kadar yoğun enerji yüklü parçacıkların ne tür gökcisimlerinden savrulduğunu merak ediyorlar.

Anlaşıldığı üzere yoğun enerjili kozmik ışınlar yıldız veya karadelik gibi büyük gökcisimlerine ait değil. Bilim adamları bugüne kadar bilinmeyen yoğun enerjili temel parçacıklarından yansıdığına inanıyorlar. Yoksa Pampa’daki gözlemler en küçük parçacıklara ait yepyeni bir dünyanın penceresini mi açıyor?

Dama tahtası gibi

Auger gözlemevinin en önemli bölümü 1600 su tankından oluşmakta. Bunlar Pampa düzlüğündeki 3000km karelik’lik alana 1500m aralıklarla dama tahtası motifine göre diziliyor. Gerçi şimdilik tankların yalnızca üçte biri yerleştirilmiş ama ölçümler buna rağmen başladı. Lazer konteynırının yanında da çalışır durumda bir ölçüm tankı bulunmakta. Bej rengindeki tankın kalınlığı üç buçuk, yüksekliği ise bir buçuk metre. Üzerinde ise insan boyunda bir anten ve bir de güneş peteği bulunmakta.

Tankın içinde 12.000 litre saf su depolanmış. Yeryüzüne düşen parçacık yağmuru, suda durdurulmakta. "Sesötesi hızda uçan bir uçağın havada bir patlama sesi yaratması gibi, ışıktan hızlı parçacıklar suda mavi flaşlar oluşturuyor" diye açıklıyor Alman atom fizikçisi Hans Blümer.

Çerenkov ışıması olarak adlandırılan bu mavi flaşları, bilim adamları tanklardaki hassas ışık detektörleriyle saptayabiliyorlar.

Aynı anda birçok tankta flaşların patlaması fizikçileri iyice heyecanlandırmakta. Bu atmosferde büyük bir patlamanın yaşandığı ve olağanüstü bir parçacık yağmurunun düştüğü anlamına gelir. Aslında bilim adamları tankların birbirine daha yakın yerleştirilmesini tercih ediyorlar ama bu düzenleme çok masraflı olduğundan bukadarıyla yetinmek zorundalar.

55 milyon dolar

Dünyanın en büyük gözlemevi en fazla 55 milyon dolara mal olacak. Pierre-Auger gözlemevi projesinin yaratıcıları Alan Watson ve Fizik Nobel ödüllü Jim Cronin ilk bir milyon dolara bulana dek büyük çabalar harcadılar.

1995 yılında hazırlanan proje, 2000 yılında nihayet yürürlüğe girdi. Bir süre sonra Arjantin’de yaşanan ekonomik kriz projeyi zora soktu ama artık her şey yolunda ve gözlemevinin önümüzdeki yıl tamamlanması bekleniyor.

Özellikle ilk ölçüm verileriyle Auger teleskopunun beklenilenden daha iyi çalışmasının anlaşılmasından sonra ekip büyük bir heyecan içinde çalışmalarını sürdürüyor.

Yeni veriler kozmik ışın bilmecesine eninde sonunda bir çözüm getirecektir, ya da bilim adamlarının dediği ya yeni bir astrofizik veyahut da yeni bir temel fiziğin kapılarını aralayabilir. Ve fiziğin sınırlarına doğru bir yolculuk başlar.

Bunları da Beğenebilirsiniz
İlişkili Haberler