Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi ( CERN )

Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi (CERN), Nükleer Araştırmalar için Avrupa Konseyi anlamına gelen Fransızca "Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire" sözcüklerinin kısaltmasıdır. 1953 yılında Cenevre'de merkezi laboratuvarlar kurulmasına karar verilerek ismi Fransızca "Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire" ve İngilizce "European Organization for Nuclear Research" olarak değişmiş ancak CERN kısaltması değişmeden kalmıştır.

İsviçre ve Fransa sınırında yer alan ve Cenevre şehrine yakın olan CERN, dünyanın en büyük parçacık fiziği araştırma laboratuvarıdır. CERN’in kuruluş amacı, üye ülkelerin kendi bütçe olanakları ile gerçekleştiremeyecekleri araştırmaları ortak olarak yürütebilmektir. Günümüzde 56 ülkeden 500 enstitüyü temsil eden yaklaşık 8000 civarında araştırıcı (dünyadaki parçacık fizikçilerinin yarısı) CERN'de araştırma yapmaktadır. CERN, Nobel ödüllerine de layık görülen çok önemli bilimsel buluşların yapıldığı bir merkezdir.

 CERN İkinci Dünya Savaşından sonra Avrupa'nın fizik alanında ABD'ye yetişebilmesi için 12 Avrupa ülkesinin (Belçika, Almanya, Fransa, Danimarka, Hollanda, İngiltere, İsveç, İsviçre, İtalya, Norveç, Yugoslavya, ve Yunanistan) işbirliği ile 1954 yılında kurulmuştur. Kurulduğundan bu yana Merkez, çok geniş katılımlı uluslararası işbirliğinin başarılı bir örneği olarak hizmet vermektedir. CERN’e üye ülke sayısı 20'dir. Bu ülkeler; Almanya, Avusturya, Belçika, Bulgaristan, Çek Cumhuriyeti, Danimarka, Finlandiya, Fransa, Hollanda, İngiltere, İspanya, İsveç, İsviçre, İtalya, Macaristan, Norveç, Polonya, Portekiz, Slovakya ve Yunanistan’dır. Gözlemci olarak katılan ülke/kuruluş sayısı 8'dir. Gözlemci statüsündeki ülkeler; Amerika Birleşik Devletleri, Hindistan, İsrail, Japonya, Rusya Federasyonu ve Türkiye’dir. Ayrıca, Avrupa Komisyonu ve UNESCO da gözlemci olarak temsil edilmektedir. Türkiye 1961'den bu yana gözlemci statüsünü sürdürmektedir. Gözlemci olan ülkelerin hak ve yetkileri, konseyin açık toplantılarına katılmak, bu toplantıların gündem ve dokümanlarını temin edebilmek, ve Konsey Başkanının daveti ile müzakerelere katılabilmektir.

CERN'in en büyük karar organı CERN Konseyidir. Konsey üye ülkelerin ikişer temsilcisinden oluşur ve her üyenin eşit oy hakkı vardır. Konsey, CERN'in bilimsel makro planını oluşturur ve bu planın gerçekleşmesini izler. CERN'deki değişik hızlandırıcılarda yürütülecek projelerin seçilmesi ve izlenip değerlendirilmesi, her hızlandırıcı için ayrı ayrı oluşturulan program komiteleri tarafından gerçekleştirilir. Program komitelerinin seçtiği projeler, CERN Direktörü, Direktör Yardımcıları, Program Komitelerinin Başkanları ve Araştırma Bölümlerinin Başkanlarından oluşan Araştırma Kurulu'nda karara bağlanır. Avrupa'nın bu en başarılı megabilim projesine katılmak ve katkıda bulunmak bugün tüm dünya ülkeleri arasında bir prestij konusu olup, gelişmişliğin bir ölçüsü olarak görülmektedir. Son yıllarda, ABD, Rusya Federasyonu, Japonya ve Çin gibi üye olmayan ülkeler de CERN hızlandırıcılarına ve projelerine büyük parasal katkıda bulunmaktadırlar.

CERN laboratuvarlarının temeli hızlandırıcılar ve dedektörler üzerine kuruludur. CERN'deki ilk hızlandırıcı 1957 yılında kurulan 600 MeV'lik proton hızlandırıcısıdır. 1959'da devreye giren 28 GeV'lik proton hızlandırıcısı (Proton Synchrotron, PS) ise bugün hala kullanılmaktadır. 1976'da işletmeye alınan 450 GeV süper proton hızlandırıcısı (Super Proton Synchrotron, SPS) ise birçok Nobel kazanan çalışmalara olanak sağlamıştır. 1989-2000 yılları arasında hizmet vermiş olan CERN’deki en önemli tesis elektron-pozitron çarpıştırıcısıdır (Large Electron-Positron Collider, LEP) ve bu çarpıştırıcı 100-200 GeV enerji aralığında çalışmıştır. Bu çarpıştırıcının 2001’de görevini tamamlamasından sonra aynı tünel içinde inşası 2008’de tamamlanan büyük hadron çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider, LHC) 4 büyük deney sistemi (ATLAS, CMS, ALICE ve LHCb) ile önemli araştırma ve buluşların eşiğindedir. LHC, 10 Eylül 2008 tarihinde işletmeye alınmış, meydana gelen bir arıza nedeniyle işletmeye ara verilmiştir. LHC tesisinin resmi açılışı ülkemizin de temsil edildiği bir törenle 21 Ekim 2008 tarihinde yapılmıştır. Halen LHC’de 7 TeV enerjide proton-proton çarpışmaları gerçekleştirilmektedir.

CERN Araştırmaları

CERN'de yürütülen araştırmaların esas amacı maddenin yapısını ve maddeyi bir arada tutan kuvvetleri anlamaktır. İnsanlığın asırlardır yürüttüğü maddenin yapısını anlamak amaçlı büyük faaliyetin modern altyapısı parçacık hızlandırıcılarıdır. Parçacık hızlandırıcılarında çok yüksek enerjilere ve çarpışma sayılarına erişmek, çarpışmalardan çıkan çok sayıdaki parçacığı algılayabilmek mevcut teknolojinin sınırlarını zorlamaktadır. Bu bağlamda CERN, temel bilim araştırmalarının yanında, yarının teknolojilerini geliştirmekte de çok önemli bir rol oynamaktadır.

Süper iletken teknolojisinin CERN hızlandırıcıları sayesinde ilerlemesi, yeni temiz enerji kaynaklarının araştırılması, yeni reaktör sistemlerinin geliştirilmesi, bilgisayar teknolojisi, tıpta tedavi ve teşhis uygulamaları, yeni elementlerin bulunuşu en önde gelen araştırmalardır. Parçacık fiziği araştırmaları lazer fiziği, plazma fiziği, elektronik, telekomünikasyon, nanobilim, malzeme bilimi, nükleer tıp ve radyoterapi, bilişim teknolojisi (yazılım geliştirme, bilgisayar mimarisi, bilgisayar ağ bilimi vb.), savunma sanayi ve mühendisliğin çeşitli dallarındaki yeni gelişmelerin lokomotifidir. Örneğin, bugün dünyadaki bilgisayar iletişiminin kalbi olan World Wide Web (www), pek çok ülkeye dağılmış olarak çalışan parçacık fizikçilerinin hızlı ve kolay iletişim kurmalarını sağlamak amacıyla, CERN'de bir bilgisayar programcısı olan Tim Berners-Lee'nin "HTML" adlı bilgisayar dilini bulup geliştirmesiyle oluşmuştur. Diğer bir örnek ise hızlandırıcılar sayesinde ilk defa olarak anti-hidrojen üretiminin gerçekleşmesidir. Bu kapsamda CERN, temel bilimin en ileri saflarında yeni bilgi üretmeye çalışan bilim adamlarına teknolojinin izin verdiği en ileri deneysel olanakları ve çözümleri de sunmaktadır.

CERN'DEKİ BAZI ÇARPIŞTIRICILAR VE DEDEKTÖRLER

LHC: Dünyadaki en büyük çarpıştırıcı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (Large Hadron Collider, LHC), 2000 yılında faaliyeti sona eren Büyük Elektron-Pozitron Çarpıştırırcısı (Large Elektron-Positron, LEP) yerine inşa edilmiştir. Çevresi 26.659 metredir (yaklaşık 27 km) ve yer yüzeyinden 100 metre derinliktedir. LHC'de çok yoğun iki proton demeti 14 TeV'lik (14x10¹² eV) kütle merkezi enerjisinde çarpıştırılacaktır. Proton demetleri vakum (10^-13 atm) altında ışık hızına yakın bir hızda (ışık hızının %99,99’u kadar) çarpışacaklar ve her saniyede yaklaşık 600 milyon çarpışma meydana gelecektir. Sistem, süper iletken teknolojisi kullanarak mutlak sıfırın hemen üstünde -271 °C'de çalışacaktır. Bu, dünyada erişilmiş en yüksek çarpışma enerjisi olacaktır, dolayısıyla bu sayede maddeyle ilgili bugüne kadar bilinmeyenlerin gün ışığına çıkması mümkün olacaktır. Yüksek enerji fiziği araştırmalarında bir çığır açılacak, mevcut teorilerin aradığı birçok sorunun cevabı –evrenin oluşumu da dâhil olmak üzere- CERN’de yapılacak deneylerden elde edilecektir.

 Dedektörler ise LHC sisteminin ana parçalarını oluşturmaktadır ve hızlı parçacıklar çarpıştığında oluşan parçacıkları kaydeden, on binlerce karmaşık parçadan ve elektronik devreden oluşan dev aygıtlardır. LHC çarpıştırıcısı ATLAS, CMS, ALICE ve LHCb olmak üzere dört dedektöre sahiptir.

• ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS): Evrenimizi oluşturan temel kuvvetleri ve maddenin temel yapısını araştırmakta kullanılacaktır. Boyut olarak en büyük LHC dedektörüdür. ATLAS deney grubunda, 35 ülkeden 150 üniversite ve laboratuvardan katılan toplam 1800 fizikçi bulunmaktadır. Bu deneydeki çalışmalara ülkemizden, TAEK destekli projeler çerçevesinde, Ankara Üniversitesi ve Boğaziçi Üniversitesi katılmaktadır. 

 - CMS (Compact Muon Solenoid): Genel amaçlı bir dedektördür, manyetik alanı selonoid tarafından oluşturulur. Bazı fizik süreçlerinin iyi algılanabilmesi için özel tasarımlanmıştır. 37 ülkeden, yaklaşık 2000 fizikçi ve mühendis katılmakta, 155 enstitü katkı vermektedir. Bu deneydeki çalışmalara ülkemizden, TAEK destekli projeler çerçevesinde, Boğaziçi Üniversitesi, Çukurova Üniversitesi ve Ortadoğu Teknik Üniversitesi katılmaktadır. 

- ALICE (A Large Ion Collider Experiment): Çok küçük boyutlarda maddenin fiziğini araştırmakta kullanılacaktır. Çekirdek-çekirdek çarpışmaları ile quark-gluon plazmasını inceleyecektir. Bu deneydeki çalışmalara ülkemizden, TAEK destekli bir proje çerçevesinde, Yıldız Teknik Üniversitesi katılmaktadır.  
- LHCb (Large Hadron Collider beauty): b-kuark ve b mezonların özelliklerini ve parite bozulmasını araştırmak amacıyla kurulmuştur.

CERN'DE YAPILAN DİĞER ÇALIŞMALARA ÖRNEKLER  

• CLIC:CERN'de kurulması düşünülen bir diğer çarpıştırıcı ise, CLIC (Compact Lineer Collider) elektron-pozitron çarpıştırıcısıdır. LHC'den elde edilen fizik sonuçlarına göre daha duyarlı deneylerin yapılabileceği ortamı sağlayacaktır. Çoklu TeV enerjili elektron-pozitron lineer çarpıştırıcısının fizibilite çalışmaları "CLIC Test Facility 3" CTF3'de yapılmaktadır. Burada, CLIC teknolojisinin teknik özellikleri test edilmektedir. Bu çalışmalara ülkemizden Ankara Üniversitesi katılmaktadır.
• CAST (CERN Axion Solar Telescope): 2000 yılında CERN tarafından onaylanan CAST deneyi, parçacık fiziğindeki yaklaşık 30 senelik bir problem olan Güneşin merkezindeki 15 milyon derecelik plazmadan çıkan Axion'ları (ki bunlar evrenin yaklaşık dörtte birini oluşturan soğuk karanlık maddeye de en uygun adaydır) gözlemleyerek ışık tutmayı hedeflemektedir. Bu deneydeki çalışmalar, TAEK destekli bir proje çerçevesinde, Doğuş Üniversitesi tarafından yürütülmektedir. 
• ISOLDE (On-Line Isotope Mass Separator): ISOLDE tesisi çok sayıda farklı deneyler için çok çeşitli radyoaktif iyon demetlerinin üretimini yapmaktadır. Bu deneyde madde bilimi, yaşam bilimi, katı hal fiziği, nükleer fizik, atom fiziği çalışılmaktadır.