Bazı nükleer çekirdekler kendiliklerinden, ışık hızına yakın hızlarla hareket edebilen değişik enerji ışınları yayarlar : sözgelimi belli bir sayının üstünde nötronu olan bir potasyum atomu beta parçacıklarıyayan bir kalsiyum iyonuna dönüşecektir. Henri Becquerel bu beta parçacıkları kütlesi üstündeki elektrik yükünün e/m’sini ölçer ve bulduğu değerin sabit ve ayrıca elektronin e/m’siyle özdeş olduğunu saptar. Yayılan elektronun toplam enerjisi elektronun kütle enerjisine eşit minimal bir değer ile maksimal bir eşik arasında gidip gelmektedir. Dolayısıyla enerji kaybolmuş gibidir. Wolfgang Pauli’ye göre, problemi çözmek için elektrik yükü açısından nötr, kütlesi sıfır olan ve ayrıca hiçbir şekilde gözlemlenemeyen bir parçacığın olması gerekiyordu. Bu düşüncelerini bir makalede yayınlama cesaretini gösterememiştir. Buluşunun deneyle doğrulanması ve sonunda bir nötrinonun gözlemlenebilmesi için altı yıl beklemek gerekecektir. Nötrinolar maddeyle o kadar zayıf ilişkiler içindediler ki bir kurşun levhadan geçmeye çalışan nötrinoların yaklaşık yarısını durdurabilmek için bu levhanın bir ışık yılı yani 10000 milyar kilometre kalınlığında olması gerekir.
Güçlü nükleer kuvvet, protonu oluşturan kuarkları bir arada tutan kuvvettir. Hidrojen atomundaki elektronun bağlantı enerjisi bu atomun kütle enerjisinin sadece on milyarda biriyken bir helyum çekirdeğindeki protonların ve nötronların bağlantı enerjisiçekirdeğin kütlesinin yüzde biridir. Dahası protonlardaki ve nötronlardaki kuarkların bağlantı enerjisi kütlelerinin %99’una denk düşer. Sonsuz küçük içinde maddenin yapılanmasını sağlayan üç temel kuvvet vardır, hadronlar içinde kuarkları tutan güçlü kuvvet, nükleer dönüşümü gerçekleştiren zayıf kuvvet ve atonlardaki elektronları döndüren ve atomlar arasında bağlantı kuran elektromanyetik kuvvet. Dördüncü temel kuvvet Newton’un kuvvetidir, bu kuvvetin sonsuz küçük dünyada yeri yoktur çünkü diğerlerinden çok zayıftır.
Temel parçacıkların Higgs alanıyla etkileşimleri hareketlerinin önünde bir engeldir ve bu nedenle kütleleri hareketsizdir. Dolayısıyla temel parçacıklar kütlesinin sorumlusu olarak Higgs alanı gösterilir. Ama bu Higgs alanının evrendeki madde kütlesine katkısı çok azdır.Sözgelimi proton üç kuarktan oluşur ama bu kuarkların kütlelerinin toplamı esasen kuarkları kendi içlerinde birleştiren güçlü etkileşimlerin enerjisine bağlı protonun kütlesinin %1’inden küçüktür. Dolyaısıyla kütlenin kökeninin Higgs alanı olduğunu iddia etmek abartı olur. Bununla birlikte şu da bir gerçektir ki yukarı ve aşağı kuarklar Higgs alanı aracılığıyla kütleye sahip olmasalardı proton nötrondan daha hafif ve atom çekirdekleri de kesinlikle istikrarsız olurdu.
LHC’de toplam 9600 mıknatıs vardır. Bu mıknatıslar dev bir manyetik alan oluşturur ve 7 TeV’luk bir protonun yörüngesini 27 kilometrelik bir tünelin eğimini izleyecek biçimde eğmesi gerekir.: 8.3 Tesla. 8.3T’lik bir alan yeryüzü manyetik alanından 200000 kat daha yoğundur. Bir insanın ara sıra maruz kalabileceği en güçlü manyetik alan 1.5 Tesladır. Bu tür mıknatısları tasarlamak LHC için en önemli teknolojik güçlüklerden biri olmuştur. Bu elektrikli mıknatısların bobinleri çok ince telden yapılır (7 mikrometre kalınlığındadır yani bir saç telinden incedir). LHC’nin bütün mıknatıslarının üretilmesi için bir buçuk bilyar kilometre tel gerekir; Dünya ile Güneç arasındaki mesafenin beş katıdır bu! İçinde protonların dolaştığı boş tüpün çevresine mıknatıslar sarılır ve -271,3 derecede soğutulmuş bir kap içine yerleştirilirler. Olası en soğuk ortam mutlak sıfırın 2 derece kadar fazlasıdır. Bu ısı mıknatıslar sisteminde 120 ton süper akışkan helyumun dolaşmasıyla elde edilir. 37000 tonluk LHC’yi 27kilometrelik bir alanda soğutmak ve bu ısıda tutmak için eşi görülmemiş bir soğuk üretmek , 170 kW gücünde bir soğutma yapmak gerekir. Dolayısıyla LHC dünyanın en güçlü soğutucusudur.
Ali FINDIK 