0
yorum

19 Mart 2020 Perşembe

Abel Ödülü, Karantina Günlüğü ve Zor Zamanlar

Malum tüm dünya evine kapanmış, sosyal medya ve televizyon üzerinden Covid19 virüs salgının izliyor. Ben de salgının etkilerine iş üstünde, İsviçre-Fransa sınırında yakalanmış bulundum; mevcut sokağa çıkma yasağı nedeniyle 40 m2 lik bir alanda çalışma ve yaşamaya çalışıyorum. En son yazımın üzerinden yine aylar geçti, (kendime) söz verdigimin tersine yine yazamadım; bu esnada iyi-kötü birçok şey oldu. CERN'de ATLAS deneyinde üzerinde çalıştığımız proje devam ediyor ve son gelişmelerden etkilenmezse yaz başı gibi geliştirdiğimiz yazılımı tamamlamış ve dedektör sistemine entegre etmiş olacağız. Ekimin başından beri yoğun bir çalışma ile son aşamaya getirdiğimiz derin öğrenme temelli parçacık tespit algoritmamız önümüzdeki yıldan itibaren TRT dedektörü üzerinde çalışıyor olacak. En başından (CERN'deki birçok proje gibi) ufak çaplı bir "şunu denesek nasıl olur acaba?" sorusuyla yola çıkıp, sonunda sisteme entegre edilebilecek somut bi ürüne ulaşma süreci bana çok şey kattı. Fakat yan tarafta Boğaziçi'nde bölüm ve doktora programımda yaşadığım problemler sebebiyle bazı dramatik kararlar da almam gerekti, ilerleyen zamanlarda bunları da paylaşırım. Bunun sonuçları bloga da epey bir yansıyacak gibi...


Girizgâhı uzatmadan yazının anafikrine gelirsek... Blogdan da arada paylaşmaya çalıştığım, temel matematik araştırmaları için verilen ödüller genelde bilim habercilerinin bile gözünden kaçabiliyor. Bunlardan biri de yakın zamanda bu yılki ödül sahipleri duyurulan Abel Ödülleri örneğin... Çoğu zaman fiziğe de teğet geçen konuları da kapsayan alanlarda verilen Abel ödülleri, "Matematiğin Nobeli" olarak biliniyor. 2020 Abel Ödülü, "olasılık ve dinamik sistemler metodlarını grup teori, sayılar teorisi ve kombinatorik alanındaki öncü çalışmaları"nı göz önüne alarak Hillel Furstenberg ve Gregory Margulis'e verildi. Bahsi geçen iki yöntem de fizikte yüksek lisans ve doktora sürecimde üzerimde büyük etki bırakan konular olduğundan kısaca burada da yer verip, geçmişte yazdığım birkaç yazıya ve ilgili bağlantılara işaret etmek istedim.

Ikilinin çalışmalarını matematiksel olarak anlamam ve tüm detaylarıyla anlatmam mümkün olmasa da kullandıkları yöntemlere dinamik sistemler ve istatistiksel mekanik çerçevesinde aşinayım. Dinamik sistemler kabaca söylemek gerekirse zamanla değişen sistemlerin davranışını inceleyen bir alan. Sistemlerin zamanla evrimi, barındırdıkları öğelerin sayıca çokluğu ve etkileşimlerinin karmaşıklığı sebebiyle belirli bir noktadan sonra deterministik yöntemlerle incelemek zorlaştığından kaçınılmaz olarak olasılıksal yaklaşımlarda bulunmak gerekebiliyor. Örneğin bir sistemin başlangıç koşullarından başlayıp ilerleyen zamanlarda hangi durumda bulunacağını kestiremediginiz durumda dahi, mevcut durumlar topluluğunun arasında ne olasılıkla bulunacağına dair bir öngörde bulunabiliyorsunuz. Fizikte isstatistiksel mekanikte bunu sıkça kullanıyoruz: kapalı bir kaptaki gazın her molekülünün zamanla davranışını takip edemesek de ortalama fiziksel büyüklükler hakkında (basınç, sıcaklık vs...) birçok şey söyleyebiliyoruz. Bir önceki cümledeki "ortalama" sözcüğü işin içinde bir olasılık hesabı olduğunu sezdirmiş olmalı.

Hikayeyi kişilestirmek gerekirse; dinamik sistemlerle ilk defa yüksek lısansımın başında Muhittin Mungan hocamın lisans birinci sınıf öğrencilerine (!) verdiği, benim de dersleri dinlemeye gidip aynı zamanda gönüllü asistanlık yaptığım "Computational Introduction to Dynamical Systems and Chaos" dersinde tanışmış ve resmen aşık olmuştum. Bütün bir dönem boyunca, iki duvar arasına sıkışmış bir bilardo topunun faz uzayında yörüngesi üzerinde müthiş bir gezintiye çıkmıştık. Bu kadar genel bir formülasyonla, bu kadar çok fenomene dair bakış açısı sağlayan başka bir alanla daha karşılaşmadım. açıkçası. Sonrasında kendisiyle ufak çaplı bir çalışma da yaparken alana dair birçok şey öğrenmiştim. Bilardo toplarının "harikalar diyarına" girmek isteyenler için su yazıyı mutlaka öneririm:"Chaos on the Billiard Table - Plus Maths"

Her fırsatta Matematik Köyü'nde konuyla ilgili bir dersin açılmasını kolluyor ve gidip dinliyordum. Bunlardan biri de Arif Mardin'den dinlediğim "Discrete Stochastic Processes" dersiydi. Bu derste bir boyutta rastgele yürüyüşlerden başlayıp, 2, 3 ve en genel boyuttaki hallerini incelemiş, sonunda ağzımı açık bırakan sonuçlara varmıştık. Olayın matematiğini merak edenler dersler esnada aldığım notlara göz atabilirler: Stochastic Processes - Polya Teoremi



Yüksek lisans istatistiksel mekanik dersinde de yukarıda bahsettiğim ideal gazların davranışını "katı-küreler" (hard sphere) ile modelleyip zaman ortalamalarin faz uzayı ortalamalariyla eşit olduğunu (ergodik) gösteren hesaplamalı bir çalışma yapmıştım (bu tip şeyler bölümdeki veteranlar için fazla yeni olduğundan olsa gerek, tahtaya elindeki notları geçirenlerden daha düşük not almıştım, o ayrı...). Hatta bahsi geçen teoriyi geçmişte "Bilimde karşılaştığım en güzel teori" olarak da anlattığım bir yazı yazmıştım: "Bilimde Guzellik Uzerine: Sarkac ve Bilardo Toplari"

Ödülü alan ikili, bu fikirleri alıp grup teorisinden, asal sayılara kadar birbirinden ilginç alana uygulayıp çok derin sonuçlara ulaşmışlar. Abel Ödülü sitesindeki "popüler" yazıların dahi çoğunu anlamamış olsam da ikisinin de matematiğin en ilginç alanlarından birinde çalıştıklarını sezebiliyorum. Fizik maceramın sonuna yaklaştığım bu süreçte geriye bakıp edindiğim bilgilerden çok, bakış açılarının önümdeki "yeni hayatımda" bana eşlik edeceklerini düşünüyorum; dinamik sistemler ve olasılık teorisinin bu bakış acılarının en başında olacağı kesin...

NOT: Ingilizce klavye ile ancak bu kadar "Türkçe" yazabildim, lütfen mazur görün.
1 yorum

6 Ekim 2019 Pazar

CERN Günlükleri: Yine, Yeni Baştan

CERN'e düzenli olarak gidiş gelişlerimin başlangıcından üç yıldan biraz daha fazla geçmiş; bunu ilk geldiğim zamanların heyecanıyla GökGünce'de iki ay boyunca tuttuğum 'CERN Günlükleri' yazılarından teyit ettim. Şimdi tekrar yaklaşık 4 ay boyunca burada olduğuma göre, eski alışkanlıkları devam ettirmek üzere günlüklere tekrar başlamaya karar verdim.

Blogda geçmişteki gelişlerime dair yazdıklarım, yüksek lisans çalışmalarım çerçevesinde çoğunluğu CAST deneyi etrafında dönen yazılardı. Yüksek lisans bitti, ardından doktoraya başladım ve yaptığım işlerin de odağı CAST'tan büyük hadron çarpıştırıcısı LHC'deki büyük deneylerden ATLAS'a doğru kaydı. Y. Lisansım sırasında da daha çok temel servis görevlerine destek vermek adına ATLAS'da ufak işler yapıyor olsam da, şu anda kendimi tamamen ATLAS deneyi çalışanı olarak görmeye başladım diyebilirim.



Deneyde Boğaziçi Grubu olarak sorumluluğumuzda olan bir alt dedektörün - Transition Radiation Tracker (TRT)- yazılım geliştirme çalışmalarına destek veriyoruz. Ekibimiz, LHC'nin çalıştığı zamanlarda, TRT'nin aldığı verilerin belirli kriterleri göz önüne alarak 'veri kalitesinin gözlenmesi'nden sorumlu. Bu çalışmaların yanında, benim asıl çalışmam dedektörün 2021'de tekrar çalışmaya başladığında devreye alınacak yazılımının geliştirmesi üzerine. Halihazırda LHC çeşitli geliştirmeler, değişiklikler ve tamirler için 'Long Shutdown' dediğimiz uzun bir ara vermiş durumda. Sanılanın aksine, fizikçiler ve mühendisler bu arada bir sonraki aşama için hızlandırıcı ve dedektörleri hazır hale getirmek için zamanla yarışıyorlar. Geçtiğimiz yıldan beri TRT'de, üzerinde çalıştığım 'Parçacık Tanımlama' yazılımının geliştirilmesi de bunun bir parçası. Çeşitli yapay öğrenme ve derin öğrenme yöntemleri kullanarak mevcut sistemi iyileştirmeye ve performansını arttırmaya çalışıyoruz kısacası; ileriki yazılarda bu konuya detaylıca değineceğim. Bu çalışma için CERN'ün sağladığı maddi fonla dört ay boyunca Cenevre'de olacağım ve geliştirdiğimiz yazılımın dedektöre entegre edilip büyük ölçekli testlerinin yapılmasında rol alacağım. Önümde epey iş var fakat ATLAS'a böylesi bir somut katkı için epey heyecanlıyım!

Geçmişte birkaç haftalık eğitim, konferans ve toplantılar için gdiş gelişlerimden farklı olarak uzun dönemli kalışım için kendime Fransa tarafında epey güzel bir ev ayarlama fırsatım oldu (CERN tam İsviçre-Fransa sınırında yer alıyor ve buraya gelen çoğu kişi hayatın daha ucuz olması nedeniyle Fransa'da kalıp her sabah İsviçre'ye işine gidiyor). Hemen sınırdaki St. Genis kasabasında, geçmişte geldiğim zamanlarda  sürekli kıyısında yürüyüş yaptığım küçük nehrin hemen dibinde, büyük bir bahçenin ortasında, epey zevkli bir şekilde döşenmiş güzel bir ev buldum; bu sefer epey şanslıydım açıkçası! Solda bu dört ay boyunca yürüyüş/koşu parkurum olacak güzel patikanın bir fotoğrafı bulunuyor.


İlk birkaç günü bulunduğum yere/eve alışmak, ufak ufak çalışma moduna girmek ve önümüzdeki günler için plan yapmak için kullanıp yarın itibariyle yeni "mesaiye" başlayacağım. Birçok toplantı, konferans ve tartışma ile geçecek ayları şimdiden sabırsızlıkla bekliyorum!
0
yorum

23 Ağustos 2019 Cuma

Lisanslar için 'Deneysel Parçacık Fiziğine Giriş' önerisi

Lisans hayatının sonlarına gelmiş bir fizik öğrencisinin, deneysel parçacık fiziğine merakını somut çalışmalara dönüştürmek konusunda önerebileceğim birkaç öneriyi aşağıda derledim. Yaz hala bitmedi, fırsatınız olduğunda boş zamanlarda ufak ufak yapabileceğiniz birkaç çalışmayı aşağıda sıraladım. [Bu önerileri bana mail ile ulaşan bir lisans öğrencisine hitaben yazıp, birebir buraya aktardığım için 'sen' dili kullanıyor olacağım.]
  • Bilgisayar tarafını mutlaka geliştirmelisin. C++ ve Python'a temeller seviyesinde hakim olmalısın mutlaka. C++ bir sonraki adımda öğrenmen gerekecek ROOT için, Python'da ileri seviye analizler ve temel hesaplamalar için epey işine yarayacak. C++ için Udemy'deki şu ücretsiz derse kayıt olup baştan sona takip etmeni, ve yan tarafta da kendin yapmaya çalışmanı öneririm: https://www.udemy.com/course/free-learn-c-tutorial-beginners/ Python için de Udemy'den yada Türkçe başka kaynaklardan birçok kaynak bulabilirsin [örneğin: http://www.veridefteri.com/category/python-giris/]
  • Parçacık fiziğinde analizler için CERN'de geliştirilen ROOT framework'ü kullanılıyor ve bir parçacık fiziği araştırmacısı adayı olarak bu programı ne kadar erken öğrenmeye başlarsan senin için o kadar iyi. Bunun için C++'da temelleri edindikten sonra bir tutorial üzerinden temel uygulamaları yapmayı öğrenebilirsin. Bunun için şu sayfada indirebileceğin dokumanlarla adım adım uygulayabileceğin bir tutorial var: https://indico.cern.ch/event/704163/contributions/2936719/
  • Parçacık Fiziğinin temelleri, gerek teorik gerekse de deneysel olarak karşına çıkacak birçok konuyu her sene CERN'de lisans öğrencileri için düzenlenen yaz okulunda verilen derslerden takip edebilirsin. Sana tavsiyem bu dersleri eline defter kalemini alıp, sırasıyla hemen hemen hepsini oturup izlemen [birçoğunu ilk etapta anlamayacaksın ama zamanla bir şeylerin yavaş yavaş oluşmaya başladığını fark edeceksin kafanda]. Derslerin programına şu sayfadan ulaşabilirsin. Üzerlerine tıklayıp açılan sayfada 'Recording' kısmında her birini izleyebilir, slide'larını indirebilirsin: http://summer-timetable.web.cern.ch/summer-timetable/ [Sol üstte 'today' yazan yerden tarihi ilrletip ileriki haftaların içeriğine ulaşabilir, sağ üstte yılı değiştirip geçmiş yıllardaki içeriğe de ulaşabilirsin] Bu dersler konuya yeni başlayan bir lisans öğrencisi için altın değerinde derslerdir ;)
  • Biraz programlama ve ROOT ile deneyim kazandıktan sonra CERN'in data'sının bir kısmını açık erişime açtı ve eğitim amaçlı bir çok dokumanın ve örneklerin yer aldığı sitenin içerisine dalabilirsin: http://opendata.cern.ch/ İlk adımda buraya girersen biraz kaybolma ihtimalin var, biraz kendine zaman ver, ufaktan temellerini [çok iyi bir şekilde] at.
  • İllaki ben elime kitap alıp çalışan biriyim diyorsan da iki seçenek var: Birincisi klasik, Griffiths'in 'Introduction to Elementary Particles'; ikincisi, ki benim favorim, Thomson'un 'Modern Particle Physics' kitabı. Her ikisi de üçüncü sınıf, modern fizik bilgisinin üzerine inşa edilmiş kitaplar; temel seviyede özel görelilik ve kuantum mekaniği bilgisi gerektiyor. Yaklaşım olarak Thomson'un kitabı çok daha modern ve akıcı, bana kalırsa. Ayrıca CERN'de modern bir parçacık fiziği deneyini, tarihiyle birlikte tanıyıp genel prensiplerini öğrenmek istersen de ATLAS deneyinin 25. yılı adına bu yıl yayınlanan kitabı indirip okumaya çalışabilirsin: ATLAS: A 25-Year Insider Story of the LHC Experiment
  • Son olarak da düzenli olarak şu iki sitedeki parçacık fiziği haberlerini, makalelerini takip edebilirsin güncel gelişmeleri takip etmek adına:
0
yorum

8 Şubat 2019 Cuma

ESIPAP - Okulun Son Haftası

Sabah dokuzdan hemen hemen her gün saat altıya kadar süren ders ve uygulamalarıyla yaklaşık üç haftadır resmen 'suyumuzu çıkarmış' olan ESIPAP okulunda, bu hafta son haftamdı (Geçmiş yazılar için: I - II - III). Okul boyunca heybemde biriktirdiklerimi geri döndüğümde nasıl ve hangi şartlarda kullanabileceğime dair kimi zaman umut dolu, kimi zaman soru işaretleriyle artık yavaş yavaş eşyalarımı toplayıp gitme hazırlıklarına başladım.

Üçüncü haftaki program ilk iki gün boyunca süren kalorimetre ve yapay öğrenme dersleriyle başladı. Parçacık fiziği deneylerinde ortaya çıkan parçacıkların enerjilerini ölçmemizi sağlayan kalorimetre düzenekleri, deneyden deneye materyal, yapı ve çalışma yöntemleri anlamında epey farklılık gösterebiliyor. Sunumda, birçok deneyde kullanılan farklı kalorimetreler çalışma prensipleri ile tanıtılıp ardından önümüzdeki yıllarda LHC deneylerinde yapılacak geliştirmelerde kullanılacak yeni dedektörlerden ağırlıklı olarak bahsedildi. Özellikle CMS'in üzerinde yoğun olarak çalıştığı 'High Granular Calorimetry(HGCal)' dedektörü, birçok anlamda oyunu yeniden tanımlayıp çığır açma potansiyeline sahip görünüyor.

Parçacığın içinden geçerken kalorimetrede bıraktığı enerjiyi (farklı parçacıkları farklı renklerle) gösteren bir simulasyon görüntüsü. CMS'in HGCal dedektörü yukarıda gösterildiği şekilde parçacığın bıraktığı enerjiyi çok yüsek bir çözünürlükle ölçmeye aday.

Bu haftanın bir diğer dersinde ise Yapay Öğrenme (machine learning) yöntemlerine genel bir giriş yapılıp, sonrasında bu yöntemlerin özellikle 'Boosted Decision Trees' (Karar Ağaçları)'nın parçacık fiziği analizlerinde kullanımı detaylı bir şekilde işlendi. Şu ana kadar gördüğüm birçok yapay öğrenme dersinden çok daha farklı bir yönden giriş yapıp, bu alanın bir parçacık fizikçisinin gözünden nasıl göründüğünü gözleme fırsatım oldu. Yapılan sunumun güncelliği açısından ise, sunumu yapan kişinin Deepmind'ın geliştirdiği Alphastar sisteminin daha birkaç gün önce profesyonel Starcraft oyuncularını dize getirdiği gelişmesine bir slayt ayırmasıyla beni benden aldı diyebilirim. Parçacık fiziği analizlerinde yoğun olarak kullanılan ROOT temelli TMVA paketinin, popüler Python arayüzlü derin öğrenme 'framework'u Keras ile uyumlu olduğunu öğrenmek ve bununla ilgili bir uygulama görmek benim için haftanın en büyük aydınlanmasıydı herhalde.

 Yann Coadou'nun Yapay Öğrenme sunumundan bir kare

Çarşamba günü ATLAS deneyinde uzun yıllardır muon sisteminde çalışan deneyimli bir fizikçinin, Laurent Chevalier, harika bir dersini dinlemeye başladık. Yılların deneyimiyle damıttığı ve karşısındakilerin her bahsettiği noktayı anladığından emin olana dek sabır ve özveriyle açıkladığı epey kafa açıcı bir dersti. Bugünün bir diğer önemli noktası ise, buraya geldiğimden beri paralelinde hazırlık yaptığım, ATLAS deneyinde yazılım geliştirme ve operasyonuna destek verdiğim TRT(Transition Radiation Tracker) dedektörünün yıl içerisinde birkaç defa yapılan TRT Days etkinliğinde yapmam gereken sunumdu. Bunun için çarşamba öğleden sonra okuldan ayrılıp CERN'e geçtim ve 'Parçacık Tanımlama' alt toplantısında, Yapay Öğrenme yöntemleri ile elektronları daha iyi ayırt etmek üzerine yaptığım çalışmadaki ilerlememi sundum; epey güzel geri dönüşler alıp, deneyim uzmanları ile fikir alış verişinde bulunma fırsatım oldu. Akşamında da deneyin uzmanlarının bir kısmının katıldığı geleneksel 'TRT akşam yemeği'nde beraber pizzalarımızı yiyip, dedektör ve hızlandırıcılar üzerinden birçok ilginç konuda dönen tartışmalara dahil olma fırsatı edindim.

 Gün boyunca süren toplantının ardından ekipçe bir araya geldiğimiz TRT akşam yemeğinden bir anı

Haftanın dördüncü günü, üçüncü ve son deneyimiz olan silikon dedektörlerin uzun süre parçacık ve ışınıma maruz kalmaları ile ortaya çıkan hasarı ve bunun dedektör performansına etkisine dair bir deney yaptık. CERN'de SSD (Solid State Devices) ekibinin çalışma labaratuarlarına üç saat misafir olarak yeni geliştirmeler için araştırdıkları malzemeleri öğrenip, bizim için örnek olarak hazırladıkları düzeneklerde farklı dozda radyasyona maruz kalmış örneklerin elektronik özelliklerini ölçtük, hazırlayacağımız rapor için notlar aldık.

Perşembe gününün hatta belki de üç haftanın belki de en büyük olayı ise, şu anda uzun süreli verilen ara nedeniyle LHC tünelinde ziyarete açılan deneylerden biri olan, yerin 50 metre altında ALICE deneyini grup olarak ziyaretimiz oldu. Uğraştığımız konular gereği sürekli konuştuğumuz, haftalardır derslerde gördüğümüz dedektörleri 'kanlı  canlı' bir arada, devasa bir deney düzeneği içerisinde görme fırsatımız oldu. ALICE, LHC tünelindeki dört büyük deneyden biri (diğerleri ATLAS, CMS ve LHCb) ve çarpışmalar sonucu ortaya çıkan çok yüksek yoğunluk ve sıcaklığa sahip 'kuark-gluon plazma' ortamını inceleyen bir deney. Yapı olarak iç kısımda bir mıknatıs yardımıyla parçacıkları izlemeye yaran izleyici dedektörler ve dışarıda enerji ölçümünü sağlayan kalorimetrelerle ATLAS ve CMS deneylerine epey benziyor. 2021'de başlayacak yeni çalışmalar için yapılan geliştirmeler çoktan başlamıştı bile. Bu yaz fırsatım olduğu takdirde aynı şekilde ATLAS'ı da ziyaret etmeyi iple çekiyor açıkçası! Ziyaretimiz sırasında çektiğimiz bir kaç fotoğraf aşağıda.

CERN yakınında St. Genis kasabasındaki ALICE deneyinin (yer altında) yer aldığı bina.

Deneyin 50 metre yer altında yer aldığı 'cavern'e inen boşluğun yukarından bir görüntüsü. Deney bölgesini dışarıdan yalıtmak için denektör kalın beton bloklar içine gömülmüş durumda.

 Deneyin yer aldığı bölüme inen asansörde indiğimiz nokta 50.2 metre olarak gösteriliyor.

 ve deneyin açık mıknatıs kapakları ile platform üzerinden panaromik bir görüntüsü.

Bu da ekip olarak dedektörün önünde çektirdiğimiz anı fotoğrafımız :)

Yirmi günü aşkın bir zamandır devam eden yoğun tempolu okulun, benim açımdan sonuna ulaştık; her ne kadar üç haftanın sonunda ben ayrılıyor olsam da, program önümüzdeki beş hafta boyunca devam ediyor olacak. Dedektör simulasyonundan, elektroniğine, üretim metodlarından malzeme bilgisine birbirinden ilginç detaylı derslerle sürecek olan programın geri kalan kısmını önümüzdeki yıl tekrar başvurarak telaffi etmeyi umut ediyorum.

Okul bitmiş olsa da buradaki işlerim henüz bitmiş değil; bu cumartesi yola çıkıp bir hafta boyunca Slovenya, Lübyana'da düzenlenecek bir çalıştay + eğitim etkinliğine katılıyor olacağım, Boğaziçi'ndeki VBS (Vector Boson Scattering) analiz grubumuzdan gelecek bir arkadaşımla. Dönünce bir haftadır başlamış olacak yeni dönem ve yeni sorumlulukları düşünmemeye çalışarak, bu haftayı da verimli ve keyifli bir şekilde geçireceğimi umarak, günlüğü takip edenlere selamlarımızı gönderip deyip bu yazı dizisini de böylece sonlandıralım!
0
yorum

1 Şubat 2019 Cuma

ESIPAP Günlükleri - Karlı bir İkinci Hafta

Fransa'da ESI (European Scientific Institute)'nin düzenlediği ESIPAP dedektör okulundaki ikinci haftayı da tamamladık (önceki iki yazı için: I - II). Geçen haftaki ısınma turlarından sonra bu hafta birçok konuda artık yavaş yavaş detaylara inmeye ve CERN ile ortak hazırlanmış pratik laboratuvar deneylerini yapmaya başladık. Normalde ortalama bir hafta süren okullara alışık olduğumdan, aynı konseptte bir ortamda iki hafta boyunca sabahtan akşama kadar derse girip çıkmak epey yormaya başladı; fakat derslerin içeriği, kalitesi ve böylesi bir fırsatı bir daha  kim bilir ne zaman yakalayacağım gerçeği yorgunluğumu fazlasıyla unutturuyor...

Haftanın ilk gününe 'Deneysel Asroparçacık Fiziği' dersi ile başladık. Astrofizik ve parçacık fiziğinin birçok yönden kesiştiği bu alan özellikle, galaksi içinde veya dışında birçok farklı kaynakta üretilip hızlandırılarak Dünya'ya ulaşan 'kozmik ışınlar'la ilgileniyor. İnsan yapımı hızlandırıcılarda ulaşabileceğimiz enerjilerin birkaç milyar katına kadar çıkabilen enerjilerdeki bu parçacıkların büyük bir kısmını protonlar oluşturuyor. Bu yüksek enerjili parçacıklar Dünya'ya ulaştığında atmoferdeki moleküllerle etkileşip çoğunlukla mezon ailesinden pion adını verdiğimiz parçacıkları üretiyorlar. Bu parçacıkların bir kısmı yüksek enerjili foton yayacak şekilde bozunup atmosferde önüne gelen başka atom ve molekülleri uyarmaya devam ediyor; diğer kısmı ise bozunarak yeryüzünde tespit edebildiğimiz elektronla kütlesi dışında çok benzer özelliklere sahip muon parçacıklarını oluşturuyorlar. Bahsi geçen olayların nispeten düşük enerjili olanları o kadar sık gerçekleşiyor ki, örneğin avucunuzu açtığınızda 1cm²'lik bir bölgeden dakikada ortalama 1 muon geçiyor fakat bu parçacıklar vücudumuzdaki maddelerle çok zayıf etkileştiğinden hiç etkilenmeden geçip gidiyorlar. Bu derste de özellikle bu parçacıkların olası oluşum bölgeleri ve özellikle bahsi geçen müthiş enerjilere ulaşma mekanizmaları üzerinde duruldu. Lisansta astrofizik konularına kafa yorarken bu konularla ilgili Korsika'da bir okula katılmıştım; her ne kadar o zamanlardan beri konuya epey uzak kalmış olsam da hala 'kulak dolgunluğum' olan konular sunumlar boyunca beni fazlasıyla idare etti. Buradaki derslerin en güzel kısmı, hemen teorik dersin ardından yapılan uygulamalar. Bunun için de dersi veren hocanın kendisinin çalıştığı Arjantinde'ki kozmik ışın deneyi Pierre Auger deneyinden bir senaryo üzerine hazırlanmış bir uygulama yaptık. Bize verilen problemleri tahtada çözüp bir protonun atmosferde başlatacağı parçacık selinin nasıl gelişeceğini ve nasıl bir dedektörle hangi hassasiyetle ölçebileceğimizi hesapladık.

Dünya'ya ulaşan kozmik ışınları oluşturan protonların atmosferle etkileşerek oluşturdukları ve yol boyunca bozunmaları ile oluşan parçacıklar şematik olarak gösterilmiş.

Haftanın ikinci dersi 'Parçacıkların Madde ile Etkileşimi' dersiydi; dersi ATLAS deneyinde benim de çalıştığım sinyal analiz kanalının (diboson) ATLAS koordinatörü Lucia di Ciaccio detaylı ve incelikle hazırladığı slaytlarla anlattı. Dedektörlerde parçacıkları gözlemenin en temel prensibini gözlemek istediğiniz parçacığın bir şekilde dedektör materyali ile etkilişime geçmesi oluşturuyor. Bu etkileşim farklı parçacıklar için farklı enerjilerde ve farklı materyallerde farklı farklı oluyor. Örneğin bir foton silikon bir dedektöre girdiğinde eğer düşük enerjiliyse etrafındaki atomları iyonize ederek (elektronlarını koparıp), orta büyüklükte enerjiye sahipse etraftaki elektronlara 'çarpıp' momentum aktaracağı Compton saçılması ile, eğer yüksek enerjiye sahipse etraftaki çekirdeklerin elektrik alanında bir elektron-pozitron çifti oluşturarak ilerliyor. Bu süreçlerin her birinin fiziği farklı farklı ve bu süreçleri etkili bir şekilde tespit etmek için de farklı yöntemler kullanılıyor. Bu konunun 'baş ucu denklemlerinden' biri Bethe-Bloch denklemi ile dersin uygulama oturumunda birçok problem çözüp, farklı farklı enerjilerdeki parçacıkları hangi yöntemlerle ve hangi hassasiyetle tespit edebileceğimizi tartıştık.

Farklı momentumlardaki muon parçacıklarının bakır bir materyalden geçerken birim uzunlukta bıraktıkları enerjiyi gösteren Bethe-Bloch eğrisi. Farklı enerjiler için farklı farklı mekanizmalar baskın olduğundan her momentum aralığı için farklı tespit etme yöntemleri düşünmek gerekebiliyor.

Haftanın üçüncü gününün tamamı, geçen dönem Boğaziçi'nde bir grup y.lisans/doktora öğrencisi grubu olarak aldığımız 'Tracking' dersinde aylarca kafa yorduğum ve ATLAS deneyinde de TRT dedektöründeki işler sebebiyle bir şekilde içinde olduğum 'Parçacık İzleme' yani 'Tracking' konusuna ayrılmıştı. Strasbourg Üniversitesi'nden gelen ve Japonya'daki Belle-II deneyinde çalışan Jérôme Baudot'nun verdiği ders benim için çoğu bildiğim şeyin tekrarı olsa da dönem boyunca çözmeye çalıştığımız problemde takıldığımız noktalar için bir çok fikir verdi. Bahsi geçen problem, hızlandırıcılarda çarpışma sonucu ortaya çıkan yüklü parçacıkların, dedektör içinde manyetik alanlar ve iç içe geçmiş birçok dedektör katmanı kullanarak yolunu takip edip, momentumunu hesaplayabilmek. 25 nanosaniyede bir, ortalama 50-60 çarpışma olduğunu [bu, saniyede ortalama 200 milyon çarpışmaya denk geliyor] ve her bir çarpışmadan 100'lerce yüklü parçacık çıktığını ve bunların her birinin dedektör içinde onlarca iz bıraktığını düşünürseniz, böyle bir ortamda iz sürmenin ne kadar zor olabileceğini hayal edebilirsiniz. Bu durum, 2026'da devreye girecek LHC'nin 'upgrade' edilmiş hali olan High-Luminosity LHC (HL-LHC)'de her 25 nanosaniyede 200'lere kadar çıkacak çarpışma sayısı ile çok ciddi bir problem oluşturmaya aday. Böylesi bir yoğunluğa karşı dedektör seviyesinde getirilen çözümlerin yanında özellikle parçacıkların izlerini oluşturmak için kullanılan algoritmalar konusunda da çok ciddi iyileştirmelere ihtiyaç duyulacak. Bu problemlerin çözümünü derin öğrenme gibi ileri istatistiksel yöntemlerle arayan birçok grup var ama henüz tatmin edici bir sonuç alabilen yok.

HL-LHC ile birlikte her demet kesişiminde artacak ortalama çarpışma sayısı ile bir çarpışmada ATLAS dedektörünün iç kısmında oluşacak yüzbinlerce izin simulasyonu. Bu izlerden yola çıkarak parçacıkların yollarının oluşturulması gerekiyor.

Bu haftaki ortak seminerde gelecekteki birçok hızlandırıcıda kullanılması muhtemelen bir teknoloji olan Lazer-Plazma hızlandırıcıları konu edinen bir konuşma vardı (Novel High Gradient Particle Accelerators). Almanya'nın hızlandırıcı araştırma merkezi DESY'den gelen bir araştırmacı, plazma halinde ortamdan geçen yüsek enerjili bir parçacığın etkisiyle, etkili bir şekilde parçacıkları daha küçük boyutta hızlandırıcılar kullanarak nasıl hızlandırdıklarından bahsetti. Bu teknolojinin prensipleri 70'lerde ortaya atılmış olsa da birçok zorluklar nedeniyle ancak yeni yeni uygulamaya konmuş durumda ve gelecek için de epey gelişmeler vaad ediyor.


Bu haftanın en vurucu kısmı ise perşembe günü grup olarak CERN'de bizim için özel olarak hazırlanmış labaratuarlarda, LHC ve gelecek birçok hızlandırıcının farklı yükseltme projelerinde çalışan kişilerin yönlendirmesiyle gerçekleştirdiğimiz deney uygulamalarıydı. Dörder kişilik gruplar olarak program boyunca toplamda yapacağımız 3 deneyin ikisini bu hafta gerçekleştirdik. Bizim bu haftaki deneylerimiz biri yeni nesil silikon temelli, özellikle ışığa hassas Silicon Photomultiplier (SiPM) dedektörler ve diğeri günümüzdeki parçacık fiziği dedektörlerinde özellikle muon'ların tespit edilmesinde (ve daha birçok konuda) kullanılan Resistive Plate Chamber (RPC) gaz dedektörleri üzerineydi. Detaylı bir şekilde hazırlanmış 'deney föylerimizle' deneyi yapacağımız labaratuarları bulup, bizim için hazırlanmış düzenekler üzerinde çalıştık, dedektörlerin karakteristik ölçümlerini aldık, çalışma mekanizmalarını bizzat üzerlerinde çalışarak öğrendik. Yaptığımız deneyleri başka bir yazıda etraflıca anlatmayı düşündüğümden çok detaylandırmayacağım ama bu deneylerle yaşadığım deneyimin bana nasıl hissettirdiğine kısaca değinmek istiyorum. Bir hafta öncesinde derslerde teorisini görüp, hemen ardından birçok gerçekçi deney senaryolarında nasıl davranacaklarının sorularını çözüp, sonrasında bu teknolojilerin harıl harıl test edilip, geliştirildiği yerde, yıllarını bu işlere adamış insanlardan bizzat öğrenmek yaklaşık 20 yılı geçen eğitim hayatımda sanırım geldiğim en uç nokta. Bu hissin özgünlüğünü bozmamak adına 'bizde neden böyle olmadığına' falan hiç girmek istemiyorum; kısacası fazlasıyla tatmin edici bir histi.

CERN'de yaptığımız iki deneyin düzenekleri: RPC (solda), silicon photomultiplier (sağda)

Bunun dışında bu hafta boyunca İsviçre'nin tipik kış görüntülerini teyit edercesine hafta boyunca sürekli kar yağdı. Her ne kadar dolu program nedeniyle her gün ancak camdan izleyebilsek de İstanbul'da hasret kaldığım beyaz renge fazlasıyla alıştım bile... Önümüzdeki hafta okuldaki son haftam; program, hızlandırıcı deneylerindeki temel dedektör sistemleri olan kalorimetre ve muon dedektörleri ile devam edecek. Önümüzdeki hafta itibariyle de artık yavaş yavaş veri analizi konularına girmeye başlayacağız. Her zamanki gibi iple çekiyorum...

Paylaş!

 

Copyright © 2010 Gök Günce | Blogger Templates by Splashy Templates | Free PSD Design by Amuki