Temel Parçacıklar Nasıl Üretilir?

Elektron ve proton gibi kararlı parçacıklar için bir sorun yoktur, bunları üretmek için -örneğin elektronu- bir parça metali ısıtmak yeterlidir ve bir elektron demeti elde etme istiyorsak, bir pozitif yüklü plaka koyup delik açarsak eğer bu elektronlar delikten geçerek belirli elektron demetlerini oluşturmaktadırlar, proton elde etmek istiyorsak eğer hidrojeni iyonize ederek (elektronunu kaybederek, aslında buna da gerek yoktur çünkü proton elektrondan daha ağır olduğu için elektronları savurarak kendi yoluna devam etmektedir fakat bu durum protonu hedef olarak kullandığınız zaman geçerli olacaktır) proton üretebilirsiniz, fakat daha ilginç daha doğrusu egzotik parçacıklar üretmek için birçok yönteme ihtiyacınız olacaktır, bunlar;

Kozmik ışınlar: Dünya esasında sürekli bir yüksek enerjili parçacıklar bombardımanı altındadır (protonlar örneğin) fakat bu parçacıkların kaynağı şuan için bir sır gibidir, atmosferde çarpışan bu yüksek enerjili parçacıklar sürekli olarak üzerimize yağan ikincil parçacılar (çoğunlukla müon ve nötrinolar) üretirler. Bu durumun esasında iki avantaj, iki de dezavantajı vardır, bunlar avantaj olarak, serbesttirler ve enerjileri laboratuvarda üretebileceğinizden çok daha fazla olabilir, dezavantajları ise, uygun büyüklükte bir dedektöre düşmeleri çok düşüktür ve hiçbir şekilde kontrol edilemezler, bu nedenledir ki, kozmik ışın deneyleri biraz sabra ve şansa ihtiyaç duyar.

Nükleer reaktörler: Bir radyoaktif atom çekirdeği parçalandığında dışarıya çeşitli parçacıklar yayarlar -nötronlar, nötrinolar vs.- burada biraz açmak gerekirse proton ve nötron gibi atom çekirdeğini oluşturan parçacıklar alfa parçacıkları, elektron ve pozitron gibi parçacıklar beta ve fotonlar gama ışınlarını oluşturur.

Parçacık hızlandırıcıları: Başlangıç elektron ve proton gibi parçacıklarla başlanır, daha sonra bunlar yüksek hızlara ivmelendirilir ve bir hedefe çarptırılır, Ortaya çıkan parçacıkları soğurucular ve mıknatıslar yardımıyla ayırabilirsiniz, bugünlerde ise bir başka hedefe yönlendirilen yoğun parçacıklar müon, pion, kaon gibi parçacıklar üretilebilir. Kararlı parçacıklar -elektron, proton gibi- güçlü mıknatıslarla yönlendirilerek, gerekirse daha sonra kullanılmak üzere yüksek hızlarda saatlerce dönebilen dev depolama halkalarına gönderilirler.

Burada üretmek istediğiniz parçacık ne kadar ağırsa, üretmek isteyeceğiniz enerjide o kadar fazla olacaktır, tarihin seyrine bakacak olursak, ilk önce hafif parçacıklar üretilmiştir (elektron örneğin) daha sonra ise daha ağır parçacıklar, bunlar ise yüksek hızlardaki enerjiler sonucu elde edilmişlerdir. Bir parçacığı belirli bir hedefe göndermek yerine
kafa kafaya çarpıştırırsak eğer, göreli enerjimiz o kadar fazla olacaktır, tabi bunun için iyi bir hedefleme gerektirir. Bunun için günümüzde birçok deney kesişen depolama halkalarında çarpışan demetler sonucu yapılmaktadır, eğer bir parçacık hızlandırıldığında çarpışma esnasında diğer parçacığı kaçırırsa diğer tarafta tekrar onunla çarpışabilir, yüklü parçacıklar ise ivmelendiğinde ışıma yapar dolayısıyla enerji kaybeder, dairesel hareket durumunda bu ışıma sinkroton olarak adlandırılır, bu durum ise kesişen depolama halkalarını ciddi anlamda sınırlar, bu yüzden depolama halkaları proton gibi ağır parçacıklar üzerinde hakimken, elektron gibi daha hafif parçacıklar doğrusal/lineer çarpıştırıcılar kullanılır.

Günümüzde ise en büyük parçacık hızlandırıcısı Fermilab’da bulunan Teravatron’dur, protonantiproton çarpıştırma hızı yaklaşık 1 TeV’dir, bunu daha sonra süperiletken-süper hızlandırıcısı takip edecekken bazı gecikmeler sonucu ve aksaklıklardan dolayı bunu daha sonra CERN’de bulunan LHC büyük hadron çarpıştırıcısı takip etmiştir. Bu çarpıştırıcının en büyük verisi ise Higgs bozonun bulunması olmuştur. Kesin olmamakla birlikte LHC’den sonra Uluslararası Doğrusal Hızlandırıcı – UDC gelecektir. Fakat hızlandırıcılar o kadar büyük hale gelmişlerdir ki daha fazla büyümelerine imkan yoktur, bundan dolayı parçacık fizikçileri artık yolun sonuna gelmişlerdir, parçacık fizikçileri artık kozmolojiye veya astrofiziğe yönlenmek durumunda kalacaklardır ya da temel parçacıklara daha yüksek hızlar nasıl kazandırılır onun üzerinde yeni fikirler üreteceklerdir.

Kaynaklar :
[1]. Temel Parçacıklara Giriş – David Griffits (Çev.Edit: Prof. Dr. Gülsen Önengüt) – Nobel Yayınları – 2015
[2]. Higgs Bozonu – Christophe Grojean/Laurent Vacavant (Çev: İsmail Yerguz) – Say Yayınları – 2014