Yüksek Enerji Fiziği: Lüminozite

Parçacık hızlandırıcılarından bahsedilirken, lüminozite mutlaka bahsedilmesi gereken bir parametredir. Gerçekten de şu an CERN'den gelen haberlerde, grafiklerin her yerinde bu konuyla ilgili bir bilgi mutlaka vardır. Basitçe ifade etmek gerekirse; örneğin LHC (Large Hadron Collider) ve Tevatron gibi atom altı parçacıkları hızlandıran makinelerin bu atom altı parçacıkları anlık olarak ne kadar sayıda çarpıştırdıklarını ifade etmek için kullanılır.

Lüminozite teriminin kökeni, aslında astrofizik alanından gelmektedir ve basitçe uzaktaki yıldızların yüzeyinden birim zamanda ne kadar enerji yayıldığını (ortaya çıktığını) ifade etmek için kullanılmaktadır. Yüksek enerji fiziğinde aynı büyüklük kullanılmaktadır fakat enerji yerine parçacık sayısı yerleştirilmiştir.

Lüminozite'nin boyutunu 'dir ve birim zamanda bir  'den geçen parçacık sayısını ifade etmektedir. Örneğin; LHC gibi deneylerde protonları tek tek hızlandırılıp çarpıştırmak yerine (ki gerçek hayatta sadece iki protonu hızlandırıp birbirlerini çarpıştırmak imkansızdır) her bir demette yaklaşık 500 milyon kadarı bir araya getirilip hızlandırılmaktadır. Böylece yaklaşık boyutları  olan bu parçacıkların karşılarındaki protonlar ile sert saçılmalar yapmalarının olasılığı artırılmaktadır.

LHC'nin tasarlanmış anlık lüminozite değeri, 'dir. Fakat bu kadar büyük sayılardan bahsetmek günlük hayatta pratik olmadığı için  adı verilmektedir. Bununla birlikte, anlık lüminozite yerine belli bir zaman aralığındaki toplam lüminozite daha kullanışlıdır.

Örneğin, LHC çarpıştırıcısının aralıksız tam olarak bir yıl çalıştığını varsayalım. Bir yıl ~31.5 milyon saniye ettiğine göre CMS yada ATLAS deneyindeki toplam lüminozite:

\begin{equation}
\int Ldt=31.5 Ms\times10^{33}cm^{-2}s^{-1}\\
=32 \times 10^{39}cm^{-2}
\end{equation}

Barn birim  şeklinde tanımlanmıştır. ve olduğuna göre,

LHC çarpıştırıcısının 1 yılda üreteceği toplam lüminozite

\begin{equation}
\int Ldt=32fb^{-1}
\end{equation}

olacaktır.
Tabii ki, LHC'nin bu kadar uzun aralıksız çalışması mümkün değildir, çünkü belli zaman aralıklarında sistemin kalibrasyon ve güvenlik testleri için durması gerekmektedir. Bunun yanında elektronik sistemde belli sorunlar ile karşılaşılabilir. Bu durumda LHC içerisinde proton demetleri bulunmamaktadır ve belli süre sistem kontrol edilmektedir.
Son yapılan planlara göre; LHC çarpıştırıcısı 2012 yılının sonuna kadar çalışacaktır. Daha sonra LHC'nin nominal çalışma değerlerine çıkılabilmesi için 1 yıl mertebesinde sistem kapatılacak, FAZ-2 dönemine geçebilmek için hızlandırıcı ve dedektör sistemlerinde tamir, bakım ve yenileme çalışmaları yapılacaktır. Böylece önümüzdeki 20 yıl boyunca LHC proton çarpışmaları yaparak çok nadir meydana gelen bazı atom altı parçacıkları yeterli sayıda üretip fizik analiz programları ile var olan ve halen geliştirilen teorik modellerin hipotetik parçacıkları aranacaktır. Bu sayede doğanın nasıl davrandığını anlayabileceğiz.
-Geçmişten bir not.


Lüminozitenin kendi başına pek bir anlamı yoktur, daha çok saçılma, tesir kesiti ile birleştirildiğinde önemli bir anlam kazanır. Saçılma, tesir kesiti parçacıklar arasında belli bir etkileşmenin meydana gelme olasılığını ifade etmektedir. Boyutu 'dir. Lüminozite ile saçılma tesir kesitinin çarpımı incelenen etkileşme olayının lüminozitenin toplandığı zaman aralığında kaç adet meydana geldiğini ifade etmektedir.

Nasuf Sönmez

Referans
http://lhcphysics.blogspot.com.tr/p/turkce.html