Prof. Dr. Gökhan Ünel Türkiye’nin kendi parçacık hızlandırıcısını yapıyor.
Biz tasarlayalım, biz üretelim, biz çalıştıralım, biz öğrenelim diye yola çıkan, kimseye muhtaç olmayalım diyen Türkiye’nin proton hızlandırıcısının mimarı Prof. Dr. Gökhan Ünel ile CERN’deki çalışmalarını, parçacık fiziğini ve Ankara’daki hızlandırıcının hayata geçiriliş sürecini konuştuk.
Dünyanın en büyük laboratuvarı CERN’de bulunan parçacık hızlandırıcısı Büyük Hadron Çarpıştırıcısında (LHC-Large Hydron Collider) 13,7 milyar yıl önceki Büyük Patlama’nın yalnızca saniyenin milyarda biri sonrasında oluşan koşullar yeniden canlandırılıyor. Işık hızına yakın bir hıza ulaşan protonlar çarpıştırılarak evrenin nasıl oluştuğu sorusuna yanıt aranıyor. Parçacıkları çarpıştırma işi, birbirinden 10 km uzaklıktaki iki iğneyi yarı yolda buluşturmak üzere ateşlemek gibi.
Proton demetleri süper iletken mıknatıslar aracılığıyla sağlanan güçlü bir manyetik alan ile hızlandırıcı halka (LHC) etrafında yol alır. Çarpışmaları incelemek için dört algıç vardır: CMS, LHCb, ATLAS ve ALICE.
Öncelikle projede çalışacak öğrencilerin çılgın ve idealist olmaları gerekiyordu. 2011 yılında bu fikir doğduğunda Türkiye Atom Enerjisi Kurumuna başvurduk. Sekiz ay kadar düşünme sürecinden sonra 2012’de 2,2 milyon liralık bir bütçeyle başlama izni aldık. O zamanlar 1 milyon dolara denk geliyordu. Bu para da sadece içerde iş yaptırmaya ve malzemeye yeterdi. Yani öğrencilere bir ödenek düşmüyordu. İlk iş bilgisayarda tasarımdı. Yazılım gerekiyordu. Meğerse bu yazılım yalnızca ABD, Fransa ve Rusya’da varmış. ABD Enerji Bakanlığı, Türkiye yasaklı ülkeler içinde olduğu için satamayacağını söyledi. Kara listede Kuzey Kore, İran ve Sudan gibi ülkeler yer alıyor.
Aslında parçacık fiziğinin Avrupa ve ABD’de bu kadar önemsenmesinin nedeni II. Dünya Savaşı. Savaş, bilim ve teknoloji açısından kökten değişikliklere yol açtı. Japonlar deniz altını, Amerika ise malum atom bombasını geliştirdi. Almanlar jet motoru, füze ve nükleer reaktör geliştirdi. Nükleer bomba yapamamalarının altında yatan sebep işin başına koydukları kuantum fiziğinin kurucularından Heisenberg’in işi bilerek yavaşlatıp, çıkmaza sokmasıydı. Max Planck ise oğlu kurşuna dizilmesine rağmen atom kurumunun başına geçmeyi reddetmişti. Planck, Naziler gidene kadar bilimi saklamak için Heisenberg’e ‘islands of sanity’ yani mantık adaları kurma fikri verdi. Ülkeyi ayağa kaldırmak için bu bilgi birikimine ihtiyaçları olacaktı. Amerika sonradan tüm bu bilim ve teknoloji birikimine el koydu.
Nükleer bomba için uranyum zenginleştirilmesi gerekiyor. Uranyum atomları doğada izotop olarak bulunuyor yani içindeki nötron sayısı farklı. Bomba için uygun olan uranyumun izotoptan çekilip çıkarılması gerek. Bir yöntem atomları hızlandırmak. Atomları hızlandırıcıdaki manyetik alanda saptırınca nötronu çok olan yani ağır olan bölüm hızlandırıcıda daha az sapıyor. Dolayısıyla ABD Manhattan Projesini yaparken hızlandırıcının gerekliliği elzem. Tabi bu teknoloji gizli. Nükleer devlet sayısı belli, bu yüzden de satmıyorlar bize yazılımı.
Fransızlarla altı ay yazıştık. Sonunda evet dediler. Ama meğer yazılımı yazan kişi ayrılmış ve yanında götürmüş. Rusya da ‘temsilcimiz ABD’dir, onlara sorun’ deyince, kafamdan aşağı kaynar sular aktı. Sonuçta fizik formülleri belli, biz bunu yaparız dedim. CERN’ün arşivinden tozlu eski makaleleri alıp bir hafta sonu eve kapandım. Yere yaydım. Toparladım. Pazartesi evden çıktığımda yazılım hazırdı. Adını da ‘Demirci’ koydum: Biz Türklerde pek bilim yok, ama olsaydı bilimi kim yapardı? Teknolojiyi kullanan ve bunu bir adım ileri götürmek isteyenler. Köyde kim uğraşır bu işlerle? Tabi ki köyün demircisi. Bir de tabi hızlandırıcı için metal kullanıyoruz. İsim böyle gelişti. Türkler de bir gün bilim yapar ümidiyle... Bu arada Tübitak’tan 18 ay için bütçemiz çıktı. Öğrenci maaşları, bilgisayarlar... Bir sevinç ki sormayın. Yazılımımız bitti ve şu anda en modern tasarımlardan biri oldu. Baktılar ki biz bu işi yapabiliyoruz Ruslar bize yazılımı onda bir fiyatına sattı bu arada. Kiminki daha doğru çalışıyor onu ölçeceğiz.
Hızlandırıcı yapmakla bitmiyor iş. Bunun bir girişi ve çıkışı da olmalı. Bir de verilecek güç var. Proton hızlandırıcı için önce elimizde proton olmalı. Protonu hidrojen gazından çıkarıyoruz. Radyo frekansını vakum içindeki hidrojene veriyoruz. Titreşim başlıyor. Elektronlar çekirdekten kopuyor, protonlar da serbest kalıyor. Size bir plazma kalıyor. Kuvvet uygulayarak protonların sprey gibi dağılarak dışarı çıkmalarını sağlıyoruz. Bu proton demetini hızlandırma kovuğunun ağzına götürmek için bir düzenek lazım. Bunun için mıknatıs lazım... Onu da tasarladık sonra da ürettik. Sonra demetin önüne gelecek algıçlar lazım. Onu da ürettik. Türk malı. Bunların hepsi bir kutuya konuldu. Bunları hızlandırma kovuğunun önüne getirdik. Güç kaynağını da Ankara’da bir firmaya yaptırdık. Birçok başka parçayı da kendimiz ürettik. Ama mesela voltaj kaynağını ve vakum pompasını dışarıdan satın aldık.
En son bu hafta demet hızlandırabiliyor muyuz diye bakacaktık ki bir vakum arızası çıktı. Ama bugünlerde hızlandırıcı çalışacak.
LHC aynen bir spor arabanın yedinci vitesi gibi. Oraya gelmeden önce bunun birinci vitesi olmak zorunda. CERN’de de aynı bizdeki düzenek mevcut ama oradan ikinci, üçüncü vites diye devam ediyor ve en son LHC’ye geliyor. Biz Ankara’da birinci vitesi yapıyoruz. Bizimkisi dört metre.
Öğrenmeyi hedefliyoruz. Çok net. İnsan yetiştirmek için. Makineyi çalıştıracağız, bozacağız, tamir edeceğiz. Kendi teknolojimizi geliştirebiliriz. Ankara’da, parçacık hızlandırıcı teknolojisinin 1980’lerindeki halindeyiz.
Parçacık fiziği çok temel bir sorudan başlıyor. “Bu nedir?” Bu atomdur. Atom nedir? Çekirdeğin etrafındaki elektronlardır. Çekirdek nedir? İçinde proton ve nötronlar bulunur. Bunlar nedir? İçinde kuarklar olan bir şeydir. Kuark nedir? Bunun aşağısına pek inemedik işte. Kuarklar, kütlesi çok çok çok küçük enerjisi ve momentumu olan ama yükü olmayan neredeyse ışık hızında giden temel parçacıklar. 1920’lerde varlığı öneriliyor, 1950’de deneysel olarak keşfediliyor. Biz bu temel yapı taşlarının birbirleriyle nasıl etkileştiklerini araştırıyoruz.
Karanlık maddeyi şöyle açıklayabiliriz, Newton’un hareket kanunlarına göre dışardaki yıldızların galaksinin merkezine göre açısal hızı beklediğimizin çok üstünde. Bu da galaksinin merkezinin kütle çekimine ek bizim göremediğimiz maddelerin olduğuna işaret ediyor. Ya böyle olmalı ya da Newton’un hesaplamaları yanlış. Karanlık madde diye bir şeyin olduğundan kesin emin olmam için bunu laboratuvarda üretebilmeliyim. Bunun da yolu Einstein’ın E=MC2 ‘sinden geçiyor. Yani enerji ile kütle aynı şey. Demek ki ben yeterince enerjik şeyleri, mesela protonları onları hızlandırdıktan sonra kazandırdığım enerjiyle çarpıştırırsam o zaman orada maddeyi enerjiye, enerjiyi maddeye dönüştürürüm ve dışarıya çıkan şeyler arasında belki karanlık maddeyi oluşturan parçacıklar vardır. Dolayısıyla her hızlandırıcı genel deneylerinde karanlık maddeyi de arar.
Antimadde atla deve bir şey değildir. Elektron temel bir parçacıktır. Daha altı yok. Ama bir takım kuantum özellikleri var. Yükü eksi, kütlesi var, ve spini var, dönüyor. Ne demekse. Kütle ne demek? Bu bildiğimiz bir şey değil. Kütleyi nasıl tanımlarsınız ki. Newton demiş ki herhangi bir cismi al, ona bildiğin bir kuvvet uygula, ne kadar hızlandığına bak sonra uyguladığın kuvveti, cismin hızlanmasına böl; bulduğun şey kütledir.( F=ma) Einstein demiş ki bunun enerjisini ölç, ışık hızının karesine böl, kütle odur. Kütle gerçekten bir iç özellik. Elektrik yükü de öyle. Paul Dirac geliyor ve diyor ki ben bu denklemleri çözüyorum ve bakıyorum ki elektronun yükünün illa eksi olması gerekmiyor, artı da olabilir. X2=4 denkleminin iki çözümü olduğu gibi (x= -2, x=2) 20’li yıllarda kozmik ışıklarının bazılarının yüklerinin ters olduğu gözlemleniyor. İşte antimadde o. Yalnızca elektrik yükü değil, başka özellikleri de zıt olabilir. Antihidrojen atomu yaptık mesela CERN’de. Yani bir tane antiprotonun etrafında bir tane antielektron dönüyor. Acaba anti madde de yerçekiminden madde gibi etkileniyor mu? Bunu araştırıyoruz.
Higgs Bozonu gibi davranıyorsa, Higss Bozonu gibi kokuyorsa, Higgs Bozonu gibi ses çıkarıyorsa o zaman büyük ihtimalle Higgs Bozonudur; ama olmayabilir de. Standart Model dediğimiz parçacıkların ne yaptığını anlatan kuram, bir tane Higgs Bozonu ile bir takım sorunları çözüyor. Ama başka kuramlar da var; diyorlar ki bir Higgs Bozonu ailesi daha olsa başka sorunlar da çözülecek. Eğer dört tane daha Higgs Bozonu olsa, bir tanenin yanında, başka sorunlar çözülecek. Yani bulunan Higgs Bozonu Standart Model’in tek başına duran Higgs Bozonu mu, yoksa çok Higgs Bozonlu başka kuramın bulabildiğimiz en hafif ilk Higgs Bozonu mu, bilmiyoruz. Kısaca aramaya devam.
Atlas deneyindeyim. Tetikleme, veri alma ve veri analiz bölümünde çalışıyorum, etkileşimlere bakıyorum. Mesela bir kapağı yere atıyorum. Düşüyor: Yerçekimi. İki kapağı birbirine vuruyorum, birbirinin içinden geçmiyor. Her ikisinin elektronları birbirini itiyor: Elektromanyetizma. Kapağın içinde atom var, onun içinde protonlar var, içinde kuarklar var. Niye bunlar birbirine yapışık: Güçlü Nükleer Kuvvet. Bir de Zayıf Nükleer Kuvvet var. Bu anlatması daha güç ama çok basitinden bir protonun bozularak nötrona dönüşmesi gibi. Bu son üç kuvveti (yerçekimi hariç) birbirine birleştiren bir kuram olmalı. Büyük Birleşim Kuramı. Yüksek enerjilerde bu üç kuvvettin tek bir kuvvet olduğunu söylüyor. Bu doğruysa doğada başka parçacıklar olması gerekiyor. Ben bunları aramaya çalışıyorum.
Evet daha fazla, en az on kat daha hızlı data yazıyoruz. Ama her detayı yazmak istemiyorum çünkü genelde ortaya sıkıcı işler çıkıyor. Bazen protonlar birbirine çarpıp, sekiyor; iç özelliklerini hiç göremiyoruz. İlginç olayları seçip yazmak istiyoruz. Şimdi hesap gücü de arttı ama analiz şeklimiz hâlâ sıkıcı. Maalesef yapay zekanın en önemli unsurlarından ‘makine öğrenme’ bugüne kadar CERN' e girmedi. Ne yazık ki 30 senelik bu deneyler dayanıklılık ve sağlamlık önemli olduğu için bu tür yeniliklere pek izin verilmiyor. Tamamen kör de değiliz, yeni yeni makine öğrenme CERN'e girmeye başlıyor.
Başta İnternet tabi ki. Tıpta parçacık algıçlarından yola çıkarak geliştirilen teşhis teknikleri, kanser tedavisinden kullanılan hadron terapi de sayılabilir. Bir de Grid var; dünaydaki tüm bilgisayarların aynı sistemin içinde hesap gücünü paylaşabilmelerini sağlıyor. Benim analizimi dünyanın başka ucundaki bir bilgisayar çözüyor. İşte bu sayede kuş gribine çat diye çare bulunuyor.
Louvre’daki eserlerin orijinalliğini kanıtlamak ya da altlarında başka eserler var mı diye bakmak için hızlandırıcı kullanıyoruz. İncelemek istediğiniz tabloya hızlandırıcıdan bir foton demeti yolluyorum, demet tablonun yüzeyindeki elektronları uyarıyor ve elektronlar bir üst enerji seviyesine çıkıyor, geri düşerken de bana bir foton salıyor. O fotonu ölçüyorum, nereden geldiğine göre atom atom, satır satır eseri inceliyorum. Bilim böyle bir şey.
Kültürlere göre çok değişiyor. Biz Türkler rakı masasına otururuz, iş konuşmaları sona erer ve eğlenceli bir muhabbet başlar. İtalyanlar bize çok benziyor. Filistinliler ve İsraillilerin ise beraber içip dağıttığını biliyor muydunuz? Çarşaflarda toga yapıp Romalılar gibi CERN'ün bahçesinde gecenin bir saatinde koşuşturuyorlar. Buna bir ekleme yapayım. CERN’de pek çok sosyal kulüp var. Dans, müzik, dağ tırmanışı, otomobil gibi… Yani üniversite kampüsü gibi.
Ankara’daki hızlandırıcı çalışınca. Umarım bu yaza bir parti vereceğiz. İstanbul’da Boğaziçi Üniversitesinde üç katlı yeni bir laboratuvar kuruldu. Elektron hızlandırıcı yapılıyor. O çalışınca da parti vereceğiz.
Kim ne seviyorsa onu yapsın. Seviyorum ama açılamıyorum yok, seviyorsan bilim yapacaksın yani yarın öbür gün aç kalır mıyım yok. İstersen et tokatla, en iyisi olursan mutlaka yürürsün.
İstanbul Bilgi Üniversitesinde CERN’ün ‘Bilimi Hızlandırıyoruz’ Sergisi 13 Temmuz’a kadar gezilebilir.
