Parçacık hızlandırıcılar, özellikle de CERN'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcı (LHC) son zamanlarda epey popüler olmaya başladı. Çok satanlar listesinden bir kitaptaki kurgusal kötü adamları oradan antimadde çalmaya çalışırken bulabiliyorsunuz. Rüyasında hızlandırıcıya bindiğini gören gençlik dizisi karakterlerine rastlayabiliyorsunuz. Hatta komedyenler bile bu konuda şakalar yapabiliyor artık. Yine de hızlandırıcılara ilişkin gölgede kalan pek çok olgu var. Gelin bunlardan birkaç tanesini inceleyelim.

1. Dünya çapında çalışmakta olan 30.000'den fazla hızlandırıcı var.

Pek çok farklı yerde, farklı işler için kullanılan hızlandırıcılar bulunuyor. En iyi bilindikleri kullanım alanı parçacık fiziği araştırmaları olsa da, hızlandırıcıların yaptığı diğer işlere şu örnekleri verebiliriz: Kanser tedavisinde tümör yok edici ışınların oluşturulması, gıda zehirlenmesini engellemek amaçlı bakteri öldürülmesi, daha etkili emici bezler ve streç filmler üretmek için malzeme geliştirilmesi, daha verimli araçlar yapmak için yakıt enjeksiyonu araştırmaları.

2. Dünyadaki en uzun çağdaş yapılardan birinin yapılma nedeni parçacık hızlandırıcı beslemek.

Çizgisel (lineer) hızlandırıcılar bir parçacık demetini düz bir çizgi üzerinde hızlandırmak için tasarlanır. Genellikle ne kadar uzun olurlarsa, parçacık itmeleri o denli güçlü olur. San Francisco yakınlarındaki Stanford Lineer Hızlandırıcı Merkezi (SLAC) gezegendeki en büyük lineer hızlandırıcıdır.

Hızlandırıcının üzerinde SLAC'ın klistron (çok yüksek frekans osilatörü/amplifikatörü olarak kullanılan elektron tübü) galerisi bulunuyor. Burada hızlandırıcıya güç sağlayan bileşenler bulunuyor ve dünyanın en uzun yapılarından biri olma niteliği taşıyor. Toplam 3,5 km'ye yakın uzunluktaki yapıda her yıl çalışanlar arası bir koşu düzenleniyor.

3. Stephen Hawking'e göre zaman makinesine en yakın makine parçacık hızlandırıcı.

2010 yılında fizikçi Stephen Hawking İngiltere gazetelerinden Daily Mail'e yazdığı bir makalede, zamanda yolculuk yapmanın nasıl mümkün olabileceğini açıklamıştı. Dediğine göre bunun için, tıpkı parçacıkları hızlandırır gibi insanları hızlandırabilecek büyüklükte bir hızlandırıcı yeterliydi.

Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın (LHC) yeteneklerine sahip bir insan hızlandırıcısı, yolcularını ışık hızına yakın hızlara çıkarabilir. Özel görelilik etkilerinden (zaman genleşmesi etkisinden) dolayı makinenin dışındakiler için birkaç yıl sürmüş gibi görünen bir süreç, hızlandırılan yolcular için sadece birkaç gün alabilir. Böylece LHC'den indiklerinde, gezegendeki yaşıtlarından daha genç olacaklardır.

Hawking gerçekten böyle bir makine yapılandırmaya çalışmamızı kastetmiyordu. Fakat zaman yolculuğunun zaten şu anda olabildiğine işaret etti. Örneğin pi mezonu adı verilen parçacıklar çok kısa ömürlü olmalarına ve saniyenin milyonda biri kadar var olup bozunmalarına karşın, ışık hızına yakın hızlara çıkarıldıklarında ömürleri çarpıcı biçimde uzamaktadır. Görünüşe göre bu parçacıklar zamanda yolculuk etmektedir ya da en azından zamanın akışını diğer parçacıklara göre daha yavaş algılamaktadırlar.

4. İnsan yapımı bir cihazda kaydedilen en yüksek sıcaklığa bir parçacık hızlandırıcıda ulaşıldı.

2012 yılında Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nın RHIC hızlandırıcısı insan yapımı en yüksek sıcaklık için Guinness Rekoru kırarak yaklaşık 4 trilyon Celsius derecelik bir sıcaklığa ulaştı. Elbette laboratuvar birşeyleri ısıtmaktan fazlasını yapmıştı. Küçük bir miktar kuark-gluon plazması (evrenin ilk anlarındaki durumunu betimleyen yapı) yarattı. Bu plazma öylesine sıcaktı ki, doğada sadece birbirlerine bağlı durumda bulunan kuark adı verilen temel parçacıkların arasındaki bağlar kırılıyordu.

CERN'deki bilimciler ilerleyen zamanlarda bu sıcaklığı da aşarak LHC'de de kuark-gluon plazması yarattı.

5. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın içi dış uzaydan daha soğuk.

Elektriği dirençsiz iletmek için LHC'nin elektromanyetleri kriyojenik (aşırı düşük) sıcaklık değerlerine kadar soğutulur. LHC dünyadaki en büyük kriyojenik sistem olup, -271,3 Celsius derecelik dondurucu bir soğukta işler. Dünya'daki en soğuk yerlerden biri olan bu yapı, yaklaşık -270 Celsius derece olan dış uzaydan bile birkaç derece daha soğuktur.

6. Dünya'da yapılanların hepsinden daha güçlü parçacık hızlandırıcıları doğanın kendisi üretir.

Yeryüzünde gayet etkileyici parçacık hızlandırıcılar yapılandırıyor olsak da, konu yüksek enerjilere ulaşmak olduğunda uzayda doğal olarak varolan hızlandırıcıların yanında hiç kalırlar.

Şimdiye dek gözlemlenen en yüksek enerjili kozmik ışın, 300 milyon trilyon elektronvolt enerjili bir proton oldu. Bizim gökadamız içinde bu denli hızlandırma yapabileceği bilinen bir kaynak bulunmuyor. Bir yıldız patlamasından gelen şok dalgasının bile bunu yapmaya gücü yetmez. Bilimciler halen böyle ultra-yüksek enerjili kozmik ışınların kaynağını araştırıyor.

7. Parçacık hızlandırıcılar parçacıkları sadece hızlandırmaz; onlara kütle de kazandırır.

Einstein'ın görelilik kuramında öngördüğü gibi kütlesi olan hiçbir parçacık ışık kadar hızlı (saniyede 300.000 km) gidemez. Kütleli bir parçacığa ne kadar enerji katarsanız katın, hızı bu sınıra erişemez.
Çağdaş hızlandırıcılarda parçacıklar ışık hızına çok yakın hızlara ulaştırılır. Örneğin FermiLab'daki ana püskürtücü protonları ışık hızının 0.99997'una kadar hızlandırır. parçacığın hızı ışık hızına yaklaştıkça, hızlandırıcının itmesiyle beraber kinetik enerjisi artıyor demektir.

Einstein'ın gösterdiği üzere bir nesnenin enerjisi, kütlesi ile ışık hızının karesinin çarpımına eşit olduğuna göre (E=mc^2) eklenen enerjinin yaptığı etki aynı zamanda parçacığın kütlesini arttırır. Bir başka deyişle, ortada daha fazla "E" varsa, daha fazla "m" var demektir; çünkü c bir sabittir. Kütleli bir parçacık enerji kazandıkça hızı artmakla beraber ışık hızına asla erişemediğinden, almaya devam edeceği enerjinin etkisi kütlesini arttırmak olur.

8. İlk dairesel hızlandırıcının çapı 12 cm civarındaydı; LHC'nin çapı ise 8 km'den fazla.

1930 yıılında Norveçli mühendis Rolf Widerøe'nun düşüncelerinden esinlenerek, 27 yaşındaki fizikçi Ernest Lawrence ile lisansüstü öğrencisi M. Stanley Livingston, California Üniversitesi Berkeley Kampüsü'nde ilk dairesel hızlandırıcıyı yarattı. 5 parmak kadar bir odacıkta, hidrojen iyonlarını 80.000 elektronvolt enerjiye kadar hızlandırabiliyorlardı.

1931'de Lawrence ve Livingston 28 cm'lik bir hızlandırıcı kurdu. Makine, protonları 1 milyon elektronvolt'un üzerine çıkarmayı başardı. Lawrence daha büyük hızlandırıcılar yapmaya devam etti ve Lawrence Berkeley ile Lawrence Livermore laboratuvarlarını kurdu.

Parçacık hızlandırıcılar o zamandan bu yana çok ilerledi. Büyüdüler ve eskiden hayal bile edilemeyen enerjilere ulaştılar. Şu an dünyanın en büyüğü olan LHC'nin çapı 9 km'ye yakın, çevresi ise 27 km.

9. 1970'lerde FermiLab bilimcileri hızlandırıcıyı temizlemek için Felicia adlı bir gelincik görevlendirmişti.

1971'den 1999'a dek, Fermilab’ın Mezon Laboratuvarı yüksek enerji fiziği deneylerinin en önemli parçasıydı. Evreni bir arada tutan kuvvetler hakkında daha çok şey öğrenebilmek için bilimciler mezon ve proton adını verdiğimiz atomaltı parçacıkları inceliyordu. Operatörler kilometrelerce uzunluktaki bir yeraltı demet hattını kullanarak hızlandırıcıdan Mezon Lab'a parçacık demetleri gönderiyordu.

Parçacıkların yol alacağı uzun tünelleri birbirlerine bağlamadan önce temizliklerinden emin olmak gerekti ve bu noktada iş Felicia'ya düştü. Gelincikler deliklerden girip tünellerde gezinmeye bayılır. Dolayısıyla Felicia bu görev için biçilmiş kaftandı. Temizleme solüsyonuna batırılmış bir bezi boruların içinde gezdirdikçe, etrafı tertemiz ediyordu. Felicia nihayetinde işini bir robota kaptırmış olsa da, inşa aşamasında eşsiz ve hayati bir rol oynamış oldu.

10. Parçacık hızlandırıcılar hiç beklenmedik yerlerde olabilir.

Bilimciler büyük parçacık hızlandırcıları yeraltında inşa etmeyi yeğliyor. Bu yüzden çoğu zaman nerede olabileceklerini insanlar tahmin edemiyor. Örneğin California'nın kuzeyindeki Interstate 280 otoyolunda ilerleyen sürücülerin çoğunun haberi olmasa da, SLAC laboratuvarının ana hızlandırıcısı tam tekerleklerinin altında oluyor.

İsviçre-Fransa sınırındaki köylerde yaşayan halk, yaşamlarını dünyanın en güçlü hızlandırıcısı olan LHC'nin üzerinde sürdürüyor. Cornell Üniversitesi'nde ise onlarca yıldır futbol maçları CESR'nin (Cornell Electron Storage Ring) 12 metre üzerinde oynanıyor.