Boğaziçi Üniversitesi Kandilli Kampüsü’nde bir yılı aşkın süren bir çalışmanın neticesinde açılan Kandilli Algıç, Hızlandırıcı ve Enstrümantasyon Laboratuvarı (KAHVE Lab), 2020 yılında CERN’ün ATLAS Deneyi’nde kullandığı kimi dedektörleri yenilemeyi hedefliyor. Parçacık fiziği ve hızlandırıcılar üzerine uzman isimlerin bir araya geldiği KAHVE Lab’da ayrıca yerli sanayinin çeşitli alanlarında ihtiyacını karşılayabilecek parçacık hızlandırıcılarının ülkemizde üretilmesi için çalışılıyor. Deneylerde kullandıkları malzemeleri laboratuvar bünyesindeki atölyede üreten ekip, CERN’den de getirdikleri bilgisayarlarla kurdukları sistem ile verilerin analizini yapabiliyor. Laboratuvarda yürütülen çalışmaları Boğaziçi Üniversitesi Fizik Bölümü öğretim üyesi Prof. Dr. Erkcan Özcan ve ekibinden dinledik.
Sağlık sektöründeki görüntüleme işlemlerinden kablo endüstrisine pek çok farklı alanda kullanılan hızlandırıcı teknolojisinde Türkiye’nin artık üretici konuma gelmesi gerektiğine işaret eden Prof. Dr. Özcan, CERN’deki parçacık demetlerinin ölçülmesinde kullanılan bir algıcın yine CERN standartlarında ilk defa Türkiye’de bu laboratuvarda üretildiğini ve bu çalışma ile kazanılan tecrübeyle üretilecek ve geliştirilen hızlandırıcılar ile test edilecek olan yeni bir dedektörün ise 2024 yılında CERN’de kullanılabilmesi için çalıştıklarını belirtti.
Prof. Dr. Erkcan Özcan, Kandilli Algıç Hızlandırıcı ve Enstrümantasyon Laboratuvarı’nda çoğu CERN’deki ATLAS Deneyi’nde Boğaziçi Üniversitesi adına görev almış bilim insanlarının yer aldığını ve laboratuvarda yürütmekte olan projelerle bilimsel araştırmalara katkı kadar yerli sanayiyi geliştirmeyi de amaçladıklarını ifade etti.
Boğaziçi’nde üretilecek yerli dedektör CERN’de kullanılacak
Laboratuvarın amaçlarını anlatırken teknoloji üretmenin yanında bilim de üreteceklerini aktaran Özcan, laboratuvarda görev alan araştırmacıların aynı zamanda CERN’deki deneylerde çalışmış isimlerden oluştuğunu belirterek hâlihazırda prototipini yaptıkları bir dedektörün daha büyük versiyonunu önümüzdeki yıllarda CERN için üreteceklerini aktardı:
“Buradaki grubumuzun büyük kısmı yolu CERN’den geçen kişilerden oluşuyor ve yüksek lisans ve doktora öğrencilerimiz arasında da halen ATLAS ve diğer CERN deneylerinde çalışanlar çok. 2024 yılında CERN’de ciddi bir yenileme çalışması yapılacak. Bizim de üniversite olarak dahil olduğumuz her iki deneyde büyük bir maliyetle dedektörler yenilenecek. Biz 2020’den itibaren Türkiye’nin de bu dedektörlerin bazılarını üretebilmesini istiyoruz. Bu kapsamda 90’lardan beri oluşan birikimin üstüne daha da uzmanlaşmaya başladık. Örneğin Boğaziçi Üniversitesi Fizik Bölümü doktora öğrencisi ve araştırma görevlisi Saime Sarıkaya Gürbüz, CERN’de görevli olduğu sekiz ay boyunca bir çeşit parçacık iz sürme dedektörü olan “gazlı tel oda”larının teknik ayrıntılarını öğrendi ve geri döndüğünde ekibimiz TÜBİTAK desteğiyle böylesi bir dedektörü üretmeyi başardı’’.
Ürettikleri dedektörün CERN standartlarında çalıştığını belirten Prof. Dr. Özcan, “Tasarlayıp inşa ettiğimiz bu ilk yerli tel odası, CERN için yapmak istediğimiz dedektörün 100cm2 aktif alana sahip çok küçük bir hali. Küçük olduğundan testleri için CERN’e götürüp getirebiliyoruz ve o testlerde CERN’deki denklerinden daha yüksek sinyal verdiğini gördük. Parçacıkların izlerini sürmekte kullanılan dedektörlerin parçacıkları ne verimlilikle bulabildiği ve bulabildiğinde hangi hassasiyette pozisyonlarını belirleyebildiği gibi sorulara ayrıntılı ölçümlerle cevap vermeniz gerekiyor. Ölçümler içinse ya uzaydan gelen parçacıklar kullanılıyor, ya da asıl hassas kalibrasyonlar için kendiniz yüksek hızlı parçacık üretebilen bir cihaz inşa ediyorsunuz. İşte bu cihaza parçacık hızlandırıcısı diyoruz. Biz de laboratuvarımızda bir elektron hızlandırıcısı kurup CERN için üretmek istediğimiz dedektörlerin denemelerini de Türkiye’de gerçekleştirmeyi hedefliyoruz. Aynı zamanda hızlandırıcıların birçok kullanım alanı olduğu için de ülke ekonomisine de katkıda bulunabileceğiz’’ dedi
Ekibin, özellikle de Dumlupınar Üniversitesi’nden misafir akademisyen Dr. Hakan Çetinkaya’nın da katkılarıyla laboratuvarda şu ana kadar hayata geçirdikleri ufak elektron kaynağı aslında küçük bir enerjiyle çalışan bir elektron hızlandırıcısının ilk evresi. Çalışmalar tamamlandığında, hızlandırıcının performansının da artması bekleniyor. Tüm parçaları ekipçe tasarlanmış olan hızlandırıcının tamamen yerli yapım olması dikkat çekiyor.
Türkiye’de büyük bir endüstri var ancak teknolojide dışa bağımlıyız; artık yerli teknoloji üretimine geçmeliyiz
Hızlandırıcı teknolojisinin günlük hayatın birçok alanında kullanıldığına dikkati çeken Erkcan Özcan, Türkiye sanayisinin bu teknolojinin gerisinde kaldığını belirterek şu saptamalarda bulundu:
“Bizim amacımız elektron ve proton gibi atom altı parçacıkları yüksek hızlara, ışık hızının azımsanmayacak bir kesirine kadar hızlandırmak ve sonra da bunları ya durağan hedeflerle ya da kendi kendileriyle çarpıştırıp ürünler ve bilim yapmak. Bu laboratuvarın amacı bu. Hızlandırıcı teknolojisi dünyanın bütün ülkelerinde çok fazla kullanılan bir teknoloji. Türkiye’de ise neredeyse dışarıdan kapalı kutu alınmış sayılı uygulamalar haricinde hiç yok. Aslında hayatımızın her alanında bu teknolojinin ürünlerini kullanıyoruz ama teknolojisini biz üretmiyoruz.
Örneğin bir hastanede tomografi veya röntgen çektirdiniz. Bu işlemlerde ve daha birçok benzerlerinde aslında küçük hızlandırıcılar var. Elektronları bir yerden kopartıyor, hızlandırıyor ve örneğin metal bir hedefe çarptırarak X ışınlarını çıkartıyoruz ortaya. Ya da diyelim daha hızlı elektronları çarptırınca gama ışınları ortaya çıkarıyor ve bu ışınları tümörlerin üzerine yönlendirerek radyoterapi yapıyorlar kanser hastalarına. Türkiye’de bunların yapabilen cihazların hepsi yurtdışından anahtar teslim olarak alınan ürünler ve bu ürünler ülkemiz için birer kapalı kutu. Radyoterapi için alındıysa ve bu alet bozulduysa her bir parçası yine yurtdışından geliyor.
Başka bir örneğiyse kablo endüstrisinden verebiliriz. Türkiye’nin kablo endüstrisi yılda 2-2,5 milyar USD ihracat yapan büyük bir endüstri, tüm elektrikli makine ihracatımızın en büyük kolu. Hepimizin bildiği üzere kabloların içinde elektriği taşıyan iletkenler var, dışında da bizim çarpılmamamız için polimerden yalıtkan bir malzeme var. Bu polimer ise kablo ısınınca eriyebiliyor ve yangına sebebiyet verebiliyor. Yangına dayanıklı yapmak istiyorsanız polimerin çaprazlanma denilen bir işleme tabi tutulması gerekiyor. Bu çaprazlamayı Türkiye’deki firmalar fırına koyarak yapıyorlar. Belirli bir ısıya geldiği zaman dayanıklı oluyor. Avrupa’da ise elektronları demetlerini kablonun üzerinden geçirerek çaprazlama yapıyorlar ve çok daha iyi ürünler elde ediyorlar. Bizim laboratuvarımızdaki elektron hızlandırıcılarının ilk hedeflerinden biri bu işi yapan elektron hızlandırıcılarını Türkiye’de üretebilmek. Düşünün, büyük miktarlarda ihracat yapan böyle bir endüstrimiz var ama rekabet gücünü arttıracak en temel hızlandırıcı teknolojisi ülkemizde yok.
Hayatın her alanında hızlandırıcılar var ama fazla uzatmayayım son bir örnekle bitireyim. Otomotiv veya genel olarak makine yan sanayisinde metallerin birine tutturulmasında düzenli olarak kullanılan oksijen kaynağına daha hassas ve dayanıklı bir alternatif var; elektron demeti kaynaklaması adı verilen. Bu elektron demeti kaynaklamasını özellikle de uçak motorlarındaki parçalar gibi hassas iş gerektiren yerlerde veya erime noktaları birbirinden çok farklı metalleri birleştirmekte kullanmak mümkün ama maalesef ülkemizde kullanımı çok kısıtlı. Bu teknolojinin kullanımını hak ettiği yere taşımak için tamamen kendi imkânlarımız ve kaynağımızla, yerli sanayide kullanılması için bir elektron kaynak makinesi prototipi yapmaya çalışıyoruz.”
Boğaziçi CERN’de 90’lı yıllardan beri etkin
Erkcan Özcan KAHVE Lab’ın CERN’de yapılan deneylere de katkıda bulunmaya devam edeceğini sözlerine ekleyerek 90’lardan günümüze Boğaziçi Üniversitesi’nden bilim insanlarının CERN bünyesinde önemli çalışmalara imza attıklarını belirtti:
“Burada bir Boğaziçi perspektifinden vizyon var; ülkemizdeki hızlandırıcı ve dedektör teknolojilerine katkımız bu vizyon çerçevesinde. Bir de dünya perspektifinden vizyon var. CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) çalışmaya devam ediyor ve hedef 2035’e kadar bu makinanın çalışmaya devam etmesi. Daha çok veri alınacak ve o veriler analiz edilecek. Şimdiye kadar keşfettiğimiz ve 2013 Nobel Fizik Ödülü’ne yol açan Higgs parçacığı dışında da başka yeni parçacıklar bulunması ihtimali var.
Bunu bir analojiyle açıklamaya çalışalım;
Biz, insanlık olarak, daha önce gidilmemiş okyanuslarda yol alacak LHC isimli büyük bir gemi yaptık, 2010’ların başında o gemiyle suya indik, yola açıldık. Bir kıta bulacağımızı yolculuğun başından düşünüyorduk, çünkü eldeki hesaplar zaten dünyanın yuvarlak olduğunu gösteriyordu bize. Hakikaten de bir süre sonra bu kıtayı, yani Higgs parçacığını bulduk. Ama ortada keşfedilmeyi bekleyen büyük bir okyanus daha var. Yolculuğumuz sırasında okyanusun haritasını çıkara çıkara ilerliyoruz ve bu şekilde temel bilime sürekli yeni bir veriler kazandırıyoruz. Hele bir de okyanusta şimdiye kadar hiç bilmediğimiz bir kara parçası bulursak, o bambaşka bir keşif olacak, büyük ihtimalle yeni bir Nobel gelecek. Öte yandan 2035’e kadar gezdik, gezdik ve diyelim ki yeni bir şey bulamadık, o zaman da daha iyi bir gemi gerekecek. Avrupa’da, Amerika’da, Japonya’da ve bunun planları şu an tartışılıyor.
Boğaziçi 90’larda Engin Arık’ın ATLAS Deneyi’ne ve sonrasında Erhan Gülmez’in CMS Deneyi’ne katılmasından beri, LHC gemisinin ilk tasarımlarında, ilk çalışmalarında yer aldı. O dönemde yetişmiş mezunlarımız, örneğin şu an aramızda olan ve KAHVE Lab’a sürekli destek sağlayan Kaliforniya Üniversitesi’nden Gökhan Ünel, bu gemide git gide daha büyük görevler de üstlendiler. Boğaziçi LHC gemisinin hiç durmadan yol almasında sürekli etkili oldu, olmaya da devam ediyor. Geminin işleyişinde olduğu kadar çıkartmakta olduğu haritada da rol alıyor, toplanan verinin analizinde yeni parçacıklar arıyor. Bu laboratuvarda yaptıklarımızla o geminin yenilenmesi ve daha açıklarda, daha büyük dalgalarla yüzebilir olmasında da aktif olarak yer alacağız.’’
KAHVE Lab’deki atölyede malzeme de üretiyorlar
Kandilli Kampüsü’nde Feza Gürsey Binası’nda üç kata yerleşen KAHVE Lab’ın ilk katında bir makine atölyesi de yer alıyor. Bu atölyede deneyler için ürettikleri mekanik aksamı kendilerini şekillendiren ekip, bu sayede parça tasarım ve üretiminden, devre elektroniği ve veri alımına kadar bütün süreçleri kendileri yönetiyor. Atölye’nin işlevlerini Fizik Bölümü yüksek lisans öğrencisi Cihan Çiçek aktardı:
“Atölye’deki makinalarda sanayide ürettirdiğimiz bütün parçaları kendi ihtiyaçlarımıza göre şekillendirebiliyoruz. Özellikle ufak sanayi ile, örneğin Bayrampaşa civarındaki ustalarımızla sürekli etkileşim halindeyiz. Bir kısım malzemeleri orada üretiyorlar bizim tasarımlarımıza göre. Burada ise hem küçük parçaları üretiyoruz hem de sanayiden gelen parçaların detaylarını kendi ihtiyaçlarımıza göre düzeltebiliyoruz.”
Tasarım ve hesaplama laboratuvarının bilgisayarları CERN’den
İkinci katta hızlandırıcıların ve dedektörlerin yer aldığı laboratuvarın üçüncü katında ise deneyler için simülasyonların yapıldığı ve deney verilerinin analiz edildiği bilgisayarlar yer alıyor. Burada bulunan yedi bilgisayar CERN’den getirilmiş durumda ve bu yıl içerisinde 40 yeni bilgisayarın daha gelmesi bekleniyor.
Kaynak : Boğaziçi Üniversitesi
