Megaprojeler
CERN: Modern Dünyayı İnşa Etmek İçin Parçacıkları Anlamak
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
CERN Modern Bilimin Kökü Olarak
Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü ya da CERN, atom altı parçacıkların ve temel fiziğin incelenmesi açısından dünyanın en önemli tesislerinden biri olmuştur.
Bu önemli bir çalışmadır, çünkü kuantum fiziği ve görelilik, modern dünyanın birçok, hatta çoğu teknolojik yeniliğinin temel bilimleri olmuştur; bunlar arasında bilgisayarlar, cep telefonları, lazerler, telekomünikasyon, uydular, MR, güneş panelleri, gelişmiş mikroskoplar, nükleer enerji vb.
Bunun nedeni, bu teknolojilerin tümünün atomların, elektronların ve diğer parçacıkların en küçük ölçekteki davranışlarını derinlemesine anlamayı gerektirmesidir. Bu davranışlar sezgisel değildir ve elektronların atom çekirdeği etrafında döndüğü basitleştirilmiş modelin çok ötesindedir. Örneğin, en basit atom olan hidrojen bile, elektronlarının gerçek davranışını tanımlamak için karmaşık bir denkleme ihtiyaç duyar.
Kaynak: Department of Energy
CERN aynı zamanda, internetin kendisi de dahil olmak üzere birçok başka keşfin doğduğu, gerçekten küresel ve uluslararası bir bilimsel girişim olmuştur.
Son olarak, CERN tesislerinin inşa edilmesi, işletilmesi ve yükseltilmesi, süperiletkenler, sensörler ve ultra güçlü lazerler ve manyetikler gibi birçok ileri bilim alanında araştırma ve mühendisliği büyük ölçüde teşvik eden bir itici güç olmuştur.
İlk Günden Tutkulu Bilim
CERN, 1954 yılında 12 Avrupa ülkesi tarafından kuruldu ve adını Fransızca “Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire” ifadesinin kısaltmasından aldı.
Kaynak: Wikipedia
Modern parçacık fiziğinin büyük bir bölümünün CERN’de doğduğunu söylemek abartı olmaz. Öne çıkan başarılar şunlardır:
- Zayıf kuvvet taşıyan bozonların keşfi, 4 temel kuvvetten biri, 1984 Fizik Nobel Ödülü ile ödüllendirildi.
- İlk antihidrojen atomlarının yaratılması.
- Yeni bir madde hali olan kuark-gluon plazmasının keşfi.
- 1992 Fizik Nobel Ödülü, CERN araştırmacısına parçacık dedektörlerinin icadı ve geliştirilmesi nedeniyle verildi.
- 2013 Fizik Nobel Ödülü, CERN araştırmacılarına Higgs bozonlarının tanımlanması ve gözlemlenmesi (parçacıklara kütle veren) nedeniyle verildi.
Kaynak: CERN
Bugün, CERN 25 ülkeyi tam üye olarak ve 10 ülkeyi ise potansiyel tam üyelik öncesi bir adım olan yardımcı üye olarak içermektedir. Buna ayrıca gözlemci statüsü (Japonya, Rusya, ABD) bulunan 3 ülke ve neredeyse tüm dünya ülkeleriyle olan yakın iş birliği de eklenmelidir.
CERN doğrudan 3.500 kişiyi istihdam etmektedir; en büyük grup bilim insanları ve mühendislerden oluşur, ardından teknisyenler ve yaklaşık yüz araştırma fizikçisinin bir adım altında kalan diğer personel gelir.
Kaynak: CERN
CERN Altyapıları
CERN’in başarılarının hiçbiri, parçacık hızlandırıcısı ve dedektörlerinin yapımında kullanılan dünya standartlarındaki mühendislik olmadan mümkün olamazdı.
Parçacık hızlandırıcıları, parçacıkları hava ve tozdan arındırılmış güçlü bir vakum içinde hareket ettirerek çalışır. Güçlü elektromıknatıslar ve elektrik alanları parçacıkları hızlandırır ve hızlandırıcı içinde tutar. Hızlandırılan parçacık, bazen ışık hızının %99,9’u (299 792 458 metre/saniye / 186 000 mil/saniye) hızına ulaşarak başka bir parçacık demetine ya da sabit bir hedefe çarpar.
Bu çarpışmalardaki aşırı hız ve enerji, bilim insanlarının bu parçacıkların temel doğasını daha iyi anlamasını sağlar.
Kaynak: Department of Energy
Bugün, CERN’in ana parçacık hızlandırıcısı, İsviçre, Cenevre’de bulunan LHC (Large Hadron Collider)dır. LHC, 175 metre (575 feet) derinliğe kadar inen bir yeraltı tünelidir ve çevresi 27 kilometre (17 mil) olan bir daire oluşturur.
Gelecekte, Cenevre Gölü’nün altından ve şehrin etrafından geçen 90‑100 km uzunluğunda daha büyük bir hızlandırıcı, bu yapıyı gölgede bırakabilir (aşağıda daha fazla bilgi).
Kaynak: Swisstopo
Bugün, “ana” LHC’nin yanı sıra CERN, daha ağır parçacıklar, protonlar, plazma, kararsız çekirdeklerin incelenmesi gibi özel araştırma ihtiyaçları için 11 başka parçacık hızlandırıcı işletmektedir. Bu hızlandırıcılar genellikle birbirini tamamlar; birçok “besleme” sistemi, gerekli parçacıkları diğerlerine karmaşık bir zincir içinde aktarır.
Kaynak: CERN
Kurum ayrıca 1950’lerden bu yana inşa edilmiş 11 adet hizmet dışı bırakılmış parçacık hızlandırıcı ve çarpıştırıcıya da sahiptir.
CERN Teknolojisi
LHC
LHC’nin yerin derinliklerindeki konumu bilimsel ve mali gerekçelerin birleşiminden kaynaklanır. Özellikle pahalı Cenevre bölgesinde, yüzeyde 27 km çapında bir arazi edinmektense tünel kazmak daha ucuzdur. Kaya katmanları ayrıca tesisi kozmik radyasyondan ve yüzey radyasyonundan korur.
Kaynak: CERN
LHC, şimdiye kadar inşa edilmiş en güçlü parçacık hızlandırıcıdır. Ortalama olarak yılda 600 GWh tüketir; bu, CERN’in toplam 1,3 TWh enerji tüketiminin yaklaşık yarısıdır. Perspektif vermek gerekirse, tüm Fransa 500 TWh, AB 3 400 TWh ve dünya 20 000 TWh tüketmektedir.
LHC, ışık hızına çok yakın iki parçacık demeti üretir ve bunları çarpıştırır. Demetler, 9593 süperiletken elektromıknatıs tarafından yönlendirilir ve -271,3 °C (-456,34 °F) lik sıvı helyumla soğutulur.
İşletme sırasındaki enerji tüketiminin büyük bölümü elektromıknatıslardan kaynaklanır; hem mıknatısların çalıştırılması hem de bu devasa miktardaki sıvı helyumun üretilmesi enerji gerektirir.
LHC Hedefleri
LHC ilk çarpışmasını 2008’de gerçekleştirdi ve 2040’lı yıllara kadar çalışması bekleniyor. Higgs bozonunun keşfini de içeren ilk çalışma döneminin ardından, çarpışma enerjisini 13 TeV’ye (teraelektronvolt) çıkaracak ikinci çalışma dönemine hazırlanmak üzere kapsamlı bir yükseltme ve bakım süreci yürütülüyor.
Higgs bozonu keşfinden sonra, LHC evrenin temel sorularına yanıt bulmaya yardımcı olması bekleniyor; özellikle karanlık enerji ve karanlık madde olarak adlandırılan şeylerin rolü ve doğası.
Ulaşılan son derece yüksek enerji düzeylerinin, Evren’in ilk evrelerindeki “kuark-gluon plazması” durumuna ilişkin bilgiler de sağlaması bekleniyor.
ATLAS
LHC’nin önemli tamamlayıcılarından biri ATLAS parçacık dedektörüdür. 46 metre (150 feet) uzunluğa ve 25 metre (82 feet) çapa sahip olan ATLAS, bugüne kadar yapılmış en büyük parçacık dedektörüdür.
Detektörler, çarpışmalar sonucu üretilen parçacıkları kaydetmek için 100 milyondan fazla hassas elektronik kanal içerir.
Her biri farklı bir rol oynayan birçok alt-detektör, aynı anda foton, elektron, müon, pion vb. tespit eder.
Kaynak: ATLAS
ATLAS’ın yapımı ve işletilmesinde, 40’tan fazla ülkedeki 180 bilimsel kurumu temsil eden 5.900’ü aşkın fizikçi, mühendis, teknisyen, öğrenci ve yönetici görev almıştır.
CERN – Doğan Teknolojiler
Kilometrelerce uzanan bu parçacık hızlandırıcıları, zaman içinde insanlığa pek çok yararlı teknoloji kazandırmıştır.
İnterneti İcat Etmek
CERN’den çıkan teknolojiler arasında en büyük etkiyi yaratan belki de internettir; evet, gerçekten internet.
CERN, kendi iç ağı için TCP/IP protokolünü oluşturdu ve Dünya Çapında Ağ (World Wide Web) kavramı CERN’de Tim Berners‑Lee tarafından icat edildi, bu da ilk web sitesini görmek için bağlantıyı takip edin yaptı.
İlk başta, araştırmacıların veri ve fikir alışverişini kolaylaştırmak amacıyla düşünülmüştür.
Kaynak: CERN
1993 yılında CERN, Dünya Çapında Ağ yazılımını kamu malı bir fikri mülkiyet olarak dünyaya sundu. Ayrıca, web üzerinden bağlanan birden çok bilgisayarın bir arada hesaplama yapması süreci olan grid computing’in öncüsü oldu.
Dolayısıyla, biraz paradoksal biçimde, bir parçacık hızlandırıcısı araştırma kuruluşu olan CERN’in en büyük katkılarından biri kuantum fiziği deneyi değil; tüm bilgi, veri ve yazılımların özgürce paylaşılmasını hızlandırmak olmuştur.
Tıbbi Uygulamalar
CERN araştırmalarının uygulama alanlarından biri, parçacık hızlandırıcılarının daha iyi anlaşılmasıdır. Daha küçük hızlandırıcılar artık hastanelerde kanser tedavisine yönelik radyoterapide rutin olarak kullanılmaktadır. Sürekli araştırmalar sayesinde bu sistemler zaman içinde daha verimli, daha küçük ve daha ucuz hale gelmiştir.
Kanser tedavisine bir başka katkı da nükleer tıp alanında, yani kanser hücrelerini öldürmek için nadir izotopların kullanılmasındadır.
X ışınlarından MR’a, PET taramalarından bilgisayarlı tomografiye (BT) kadar tıbbi görüntüleme de parçacık fiziğinin kritik önem taşıdığı bir başka alandır.
ATLAS parçacık dedektörü için geliştirilen sensörlerden doğrudan gelen birkaç iyileştirme, hadron radyoterapisinde ve tıbbi görüntülemede gerçekleşmiştir.
Covid pandemisi sırasında CERN; oda büyüklüğü, odada geçirilen süre, maske kullanımı, kişi sayısı ve havalandırma gibi değişkenlere göre kapalı alanlardaki virüs yoğunluğunu modelleyen açık kaynaklı COVID Havadan Bulaşma Risk Değerlendirme aracını (CARA) geliştirdi.
Enerji ve Yeşil Teknoloji
CERN, daha hafif ve hatta elektrikli uçaklarda kullanılabilecek süperiletken kablolar konusundaki uzmanlığını Airbus ile paylaşarak iş birliği yapmaktadır.
Kurumun aşırı düşük sıcaklıklarda malzeme test etme deneyimi, hidrojenin hava taşımacılığındaki potansiyelini sınamak açısından da yararlıdır.
CERN ayrıca, başarıya ulaşması halinde sınırsız temiz enerji sağlayabilecek dünyanın en büyük nükleer füzyon projesi ITER ile yakın iş birliği içindedir. Nükleer füzyon büyük ölçüde son derece güçlü mıknatıslara ve süperiletken malzemelere dayandığından, CERN’in uzmanlığıyla kesişimi açıktır.
Veri İşleme
Parçacıklar algılandığında, mikrosaniyeler içinde oluşan veri akışı muazzamdır. Daha da önemlisi, saniyede 40 terabayta ulaşan bu verinin daha sonra işlenmek üzere bütünüyle depolanması mümkün değildir.
Bu durum, CERN bilim insanlarını hangi verilerin en önemli olduğunu anında belirleyebilen algoritmalar tasarlama konusunda uzmanlaştırmıştır.
CERN, tesislerinin enerji tüketimini ve geliştirme aşamasındaki ekipmanı optimize etmek için bu tür algoritmaları kullanmak üzere CEVA (sensörler) ve ABB Motors gibi şirketlerle iş birliği yapmaktadır.
Bu teknoloji, otomotiv güvenliği şirketi Zenseact tarafından düşük gecikmeli otonom sürüş sistemleri geliştirmek için de kullanılmaktadır.
Aynı ilkeler, özellikle Terabee ile birlikte insansız hava araçları ve genel olarak robotik sistemlere de uygulanmaktadır.
Uzay Teknolojileri
CERN, ekipman ve deneylerinin ürettiği yoğun ve kimi zaman sıra dışı radyasyon türleriyle çalışma konusunda uzun yıllara dayanan deneyime sahiptir.
Bu deneyim, çoğu kez Avrupa Uzay Ajansı (ESA) ile iş birliği içinde, uyduların ve uzaydaki insanlı deneylerin radyasyondan korunması gibi pratik uygulamalarda kullanılabilir.
Örneğin CERN, Dünya üzerinde Jüpiter’in sert radyasyon ortamını taklit edebilen tek tesise sahiptir.
Diğer Uygulamalar
CERN’in tüm parçacık dedektörlerini ve sistemlerini nanosaniye düzeyinde kusursuz biçimde eşzamanlı tutma gereksinimi, kurumu bu alanda da uzmanlaştırmıştır.
CERN’de geliştirilen açık kaynaklı zaman eşzamanlama standartları telekomünikasyon, finans piyasaları ve kuantum ağlarında kullanılabilir. Örneğin işlem hizmetleri sağlayıcısı Deutsche Börse (DB1.DE ) bu teknolojiyi işlem sistemi altyapısında kullanmaktadır.
Eğitim
CERN aynı zamanda ileri bilimler ve fizik alanında bir eğitim kaynağı olarak faaliyet göstermektedir.
Buna, ekipmanlarının üç boyutlu yazdırılabilir modellerinin, açıklayıcı çizgi film ve çizgi romanların ve öğretmenler için sınıf materyallerinin ücretsiz sunulması da dahildir.
CERN buna paralel olarak, bugün kütüphaneler, üniversiteler ve küresel kurumlarca kullanılan esnek, yüksek performanslı ve açık kaynaklı dijital kütüphane altyapısını ücretsiz sunmaktadır.
CERN’in bilgi paylaşımına bağlılığı, açık kaynaklı ve merkeziyetsiz bilimsel yayınlara yönelik bir yayın altyapısı olan yan kuruluşu Orvium aracılığıyla da kendini göstermektedir.
Son olarak CERN; tesislere yönelik eğitim turları, yerel bir müze ve sanat sergileri sunmaktadır.
CERN Gelecek Altyapıları ve Başarıları
High Luminosity LHC (HL–LHC)
CERN araştırmacıları ve teknisyenleri mevcut tesislerden mümkün olan en yüksek verimi almak için çalışırken, bir yandan da sonraki adımları planlamaktadır.
İlk adım, LHC’nin ışın parlaklığını 10 kat artırmayı amaçlayan “Yüksek Parlaklıklı LHC” ya da HL-LHC yükseltmesi olacaktır. Örneğin Yüksek Parlaklıklı LHC, 2017’de LHC’nin ürettiği yaklaşık üç milyon Higgs bozonuna karşılık yılda en az 15 milyon Higgs bozonu üretecektir.
Kaynak: CERN
Yükseltme kapsamında mıknatıslar ve süperiletken bağlantılar geliştirilecek, koruma sistemleri güçlendirilecek ve hızlandırıcılar iyileştirilecektir.
İnşaat mühendisliği çalışmaları Nisan 2018’de başlayan ve ilk mıknatıslarını Aralık 2024’te teslim alan HL-LHC’nin 2030’ların ortalarında faaliyete geçmesi beklenmektedir.
Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı (FCC)
LHC’den sonraki adımın, ortalama 200 metre (656 feet) derinlikte inşa edilecek Gelecek Dairesel Çarpıştırıcı (FCC) adlı 90 km uzunluğundaki dev tasarım olması beklenmektedir.
İlk deneyler, elektron-pozitron çarpıştırıcısı FCC-ee ile 2040’ların ortasında başlayacak ve 15 yıl sürecektir. FCC-ee’nin enerji tüketiminin yılda 1 ila 1,8 TWh arasında değişmesi beklenmektedir.
İkinci bir makine olan proton-proton çarpıştırıcısı FCC-hh aynı tünele kurulacak, 2070’lerde faaliyete geçecek ve 25 yıldan uzun süre çalışacaktır.
Projenin tamamının maliyetinin 15 yıla yayılarak yaklaşık 15 milyar İsviçre frangına ulaşması beklenmektedir. Fizibilite çalışmasının 2025’te tamamlanması, CERN komitesinin nihai kararını 2027-2028 döneminde vermesi ve inşaatın 2030’larda başlaması öngörülmektedir.
FCC, parçacık fiziğinin Standart Modeli ötesindeki kuramların öngördüğü parçacıkları araştırabilir; bunun için daha hassas dedektörler ya da daha güçlü hızlandırma gerekir.
Fiziğin daha derinlemesine anlaşılması, bilgisayarların performansını geliştirmek ve malzeme biliminde yeni olanaklar yaratmak açısından büyük olasılıkla kritik olacaktır. Böylece insanlık yıldızlar arasında yolculuk edebilen, gerçek yapay zekâ geliştirebilen veya sınırsız ve bol enerjiden yararlanabilen gerçekten ileri bir uygarlığa dönüşebilir.
CERN İlgili Şirket
CEVA Fiyat Grafiği
CEVA bir sensör şirketidir ve sensörlerinin verimliliğini artırıp enerji tüketimini azaltmak amacıyla CERN’in algoritmalarını kullanmak üzere kurumla ortaklık yapmaktadır. CEVA’nın çözümleri ve fikri mülkiyeti (200 patent) 18 milyar cihaza entegre edilmiştir.
Şirketin çözümleri dünya çapında önde gelen birçok elektronik markası tarafından kullanılmaktadır.
Kaynak: CEVA
CEVA ile CERN arasındaki iş birliğinin başlıca uygulama alanı, veri merkezlerinden (bulut) uzakta ve tüketiciye daha yakın cihazlarda (uçta) çalışan yapay zekâ uygulamalarını ifade eden “uç yapay zekâ”dır.
Sinir ağlarının örneğin Higgs bozonunun bulunmasında kullanıldığı düşünüldüğünde, parçacık fiziği algoritmalarının yapay zekâ uygulamalarında yeniden kullanılması şaşırtıcı olmayabilir. Çok kısa sürede üretilen verinin muazzam hacmi nedeniyle parçacık hızlandırıcısı verilerinin bulutta değil, yerinde analiz edilmesi gerekir.
CEVA, CERN’in gelecekteki deneylerde kullanılabilecek yeni sıkıştırma algoritmaları geliştirmesine yardımcı oldu ve bu yeni teknolojiyi kendi ürünlerine entegre edebilecek.
“CERN ile yaptığımız iş birliği sayesinde, ağların 16 bitlik temel modellere kıyasla 15 kata kadar daha hızlı çalışmasını sağlayan yenilikçi bir yaklaşım geliştirebildik.
Bu yaklaşım, benzer doğruluğu korurken ağ hızını artırıyor ve enerji tüketimini %90’a kadar azaltıyor.”
Bu, CEVA’nın teknolojik ilerlemelerinden yalnızca biridir; şirket kablosuz bağlantı, sensörler (görüntü, ses ve hareket) ve sinir ağı algoritmaları alanlarında faaliyet göstermektedir.
Kaynak: CEVA
CEVA; hem endüstriyel hem ev tipi çözümlerde gömülü yapay zekâ ile 5G bağlantısının (uydu 5G dahil) ve Nesnelerin İnterneti’nin (IoT) birlikte büyümesinden büyük ölçüde yararlanmaktadır. Şirket ayrıca WiFi 6 çözümlerinde liderdir ve WiFi 7’de güçlü bir konuma sahiptir.
Kaynak: Ruije
Bir yazılım ve fikri mülkiyet şirketi olan CEVA iyi tanınsa da IoT ve 5G sektörleriyle ilgilenen yatırımcılar tarafından çoğu zaman gözden kaçırılır.
CERN’in, insanlığın şimdiye kadar gerçekleştirdiği en karmaşık veri analizlerinden bazılarına yardımcı olması için CEVA’yı seçmesi, şirketin veri işleme ve uç yapay zekâdaki teknolojik ilerlemenin en ön saflarında yer alan ilgi çekici bir yatırım olabileceğini göstermektedir.
