CERN’in lise öğrencilerine açtığı Beamline for Schools yarışmasını bu yıl kazanan PionIST takımı, ağustosta CERN’de kendi tasarladığı deneyi kurup çalıştırdı. Dört farklı liseden gelen yedi öğrenci deneylerini, nötr pionu ve CERN’deki on beş günü Bilim ve Ütopya’ya anlattı. Söyleşide parçacığın neden doğrudan görülemediği, dedektörü ikiye bölüp demeti aradan geçirme fikri ve böyle bir deneyin Türkiye’de yapılabilmesi için neyin gerektiği ele alınıyor.
Beamline for Schools, CERN’in her yıl dünyanın dört bir yanındaki liselilere açtığı bir yarışma. Takımlar bir hızlandırıcının demet hattında yapmak istedikleri deneyi kendileri tasarlıyor, kazananlar deneylerini gerçek bir demet hattında yapıyor. CERN’in 2 Haziran’da açıkladığı sonuçlara göre bu yıl 89 ülkeden 712 takım başvurdu; kazanan beş takımdan biri İstanbul’dan PionIST oldu. Takım deneyini 11-25 Ağustos’ta CERN’deki PS hızlandırıcısının T9 demet hattında yaptı. Veri analizi sürüyor, sonuçlar henüz açıklanmadı.
PionIST nasıl bir araya geldi ve bu ekibin CERN yolculuğu ilk olarak nasıl tetiklendi?
Ekip, Millî Eğitim Bakanlığı’na bağlı ARGEM Lisesi bünyesinde kuruldu. Aynı çatı altında üç ayrı takım oluştu ve her biri kendi deney önerisini geliştirdi. Üyeler tek bir okuldan değil, dört farklı liseden geliyor: Hüseyin Avni Sözen Anadolu Lisesi, Validebağ Fen Lisesi, ARGEM ve Doğan Cüceloğlu Fen Lisesi. Yarışmaya üç danışman öğretmenle birlikte hazırlandık.
Bir araya getiren şey yarışmanın kendisiydi diyebiliriz. Beamline for Schools size çözülecek bir soru vermiyor, “demet hattımız şu, ne yapmak istersiniz” diye soruyor. Bu soruya cevap verebilmek için önce bir ekip, sonra bir fikir gerekiyordu.
Üç ayrı deney önerisi aylar süren bir çalışmayla olgunlaştırıldı. Yani CERN yolculuğu tek bir anda değil, birbirini izleyen birçok elemede şekillendi. Sonunda önerilerden biri dünya birincisi oldu, bir diğeri de kısa listeye kaldı.
Başvuru süreciniz ve deney önerinizin bilimsel dayanağı neydi, ne tür zorluklarla karşılaştınız?
Beamline for Schools’un kuralı açık uçlu. CERN hazır bir ödev vermiyor, kendi deneyinizi kendiniz tasarlıyorsunuz. Biz nötr pion ölçümünü seçtik ve asıl mesele olarak gürültü problemini aldık.
Önerinin dayanağı basit bir gözlemdi: nötr pionun iki fotonu birbirinden belli bir açıyla ayrılıyor, demet ise tek bir doğrultuda ilerliyor. Bu fark, dedektörü demetin yoluna koymadan fotonları yakalamayı mümkün kılıyor.
En büyük zorluk boşluğun genişliğine karar vermekti, çünkü iki yönde birden hata yapmak mümkün. Bunu deneyerek öğrenme şansımız yoktu, CERN’de ikinci bir deneme hakkı olmuyor. Bu yüzden deneyi önce bilgisayarda, GEANT4 simülasyonuyla defalarca kurduk. Farklı boşluk genişlikleri, farklı mesafeler ve farklı hedef malzemeleri için koşturduk, kurulumun ne olacağına oraya gitmeden karar verdik.
Nötr pion nedir, onu ölçmek neden önemli? Deneyiniz hangi soruya cevap arıyor?
Nötr pion, protonları ve nötronları çekirdekte bir arada tutan kuvvetle ilişkili parçacıklardan biri. Hızlandırıcıda bir demet bir hedefe çarptığında bol miktarda üretiliyor, ama ömrü o kadar kısa ki hiçbir ölçüm aleti onu doğrudan göremiyor. Bozunurken geriye iki foton bırakıyor ve elinizde kalan tek şey bu.
Deneyimiz pionun kendisi hakkında yeni bir şey keşfetme iddiasında değil. Cevap aradığı soru şu: bu kadar gürültülü bir ortamda, bu kadar zayıf bir sinyali temiz ölçmenin pratik bir yolu var mı. Yani sorumuz bir parçacık sorusundan çok bir ölçüm sorusu.
Kalorimetreyi ikiye bölüp demeti aradaki boşluktan geçirme fikri nasıl doğdu? Bu yerleşimle neyi kazandınız, neyi göze aldınız?
Fikir doğrudan problemin kendisinden çıktı. Demet saniyede binlerce parçacık taşıyor ve neredeyse tamamı aradığımız şey değil. Kalorimetreyi klasik şekilde demetin karşısına koyduğunuzda, aradığınız iki zayıf foton bu kalabalığın altında kalıyor. Bu noktada iki yol var: kaydedilen her şeyi sonradan yazılımla ayıklamak, ya da gürültünün dedektöre hiç girmemesini sağlamak. İkincisini denedik.
Kazandığımız şey, demetin yarattığı gürültünün ölçümün tamamen dışında kalması oldu. İkinci bir kazanç da iki fotonun birbirine karışmadan, iki ayrı kulede bağımsız ölçülebilmesi.
Göze aldığımız şey veri kaybı. Aradaki boşluk ne kadar genişse, pionların o kadar büyük kısmının fotonları boşluktan kaçıyor ve ölçecek olay kalmıyor. Boşluğu daraltmak da riskli, çünkü bu sefer demetin kenarı dedektöre değiyor ve kurtulmak istediğiniz gürültü geri geliyor. Kazanç ile kayıp aynı parametreye bağlı, bu yüzden doğru aralığı bulmak zorundaydık.
Tasarladığınız deneyi CERN’de bizzat gerçekleştirmek nasıl bir deneyimdi?
Deneyi 11 ile 25 Ağustos arasında, on beş günlük bir programla T9 demet hattında gerçekleştirdik.
Kâğıt üzerinde bir deney tasarlamakla onu kurmak arasındaki fark, kablolar, hizalama ve zamanın gerçek olması. Simülasyonda bir parametreyi değiştirmek bir satır, demet hattında aynı şey saatler alıyor. Bir de şu var: ikinci bir deneme hakkınız yok. Demet zamanı ölçülü ve geri gelmiyor. Bu yüzden oraya gitmeden önce kurulumun ne olacağına çoktan karar vermiş olmak zorundaydık.
Bu baskı aslında öğretici. Hazırlığın neden bu kadar önemli olduğunu, işin içine girince başka türlü anlıyorsunuz.
CERN’deki çalışma günleriniz nasıl geçiyordu?
On beş gün boyunca sürecin tamamında yer aldık. Program kabaca üç aşamalıydı. Önce düzeneğin kurulumu ve hizalanması, sonra demetle veri alımı, bu sırada da toplanan verinin ilk analizi.
Deneyi kuran, çalıştıran ve veriyi alan biz olduk. Bir lise ekibi için en değerli kısmı buydu. Bir deneyi dışarıdan izlemekle, kurulumunda ve veri alımında bizzat bulunmak arasında öğrenme açısından büyük fark var.
Veri analizinde şimdiye kadar ne gördünüz? Makine öğrenmesini hangi adımda kullanıyorsunuz, sonuçları nerede paylaşmayı düşünüyorsunuz?
Analiz hâlâ sürüyor, bu yüzden sayısal sonuçları henüz paylaşmıyoruz. Elimizdeki veri üzerinde çalışmaya devam ediyoruz ve bulgular bir hocamızın incelemesinden geçiyor.
Makine öğrenmesini iki adımda kullanıyoruz. Birincisi sinyalin arka plandan ayrılması, yani bir olayın gerçekten aradığımız türden olup olmadığına karar vermek. İkincisi parçacık kimliklendirme, yani dedektöre düşen şeyin ne olduğunu ayırt etmek.
Sonuçlar tamamlandığında paylaşmayı planlıyoruz, biçimi netleştiğinde duyuracağız.
Bu yolculukta okulunuzun, öğretmenlerinizin ve Türkiye’deki imkânların payı neydi, nerede kendi başınıza kaldınız? Benzer bir deneyin Türkiye’de yapılabilmesi için ne gerekir?
Okulun payı en çok zaman ve çerçeve olarak oldu. Aylar süren bir proje çalışmasına yer açan bir yapı olmasaydı bu iş yürümezdi. Üç danışman öğretmenimiz süreç boyunca bizimle çalıştı.
Kendi başımıza kaldığımız yer işin teknik çekirdeğiydi. Nötr pionun nasıl ölçüldüğünü, kalorimetrenin nasıl çalıştığını, simülasyonun nasıl kurulduğunu yol boyunca kendimiz öğrendik. Bunu bir eksiklik olarak görmüyoruz, çünkü yarışmanın amacı da biraz bu.
Benzerinin Türkiye’de yapılabilmesi için gereken şeylerin bir kısmı zaten var. GEANT4 gibi simülasyon araçları ücretsiz ve herkese açık, literatürün büyük kısmı erişilebilir durumda. Asıl eksik olan genelde fiziksel imkân değil, aylar sürecek bir proje çalışmasına okul içinde yer açılması ve öğrencinin yanında duran bir danışman öğretmen. Bu ikisi olduğunda geri kalanı öğrenilebiliyor.
Son olarak şunu eklemek isteriz: bu, bir Türk lise takımının Beamline for Schools’u kazandığı ikinci sefer ve Türkiye üst üste iki yıldır bu yarışmada ilk sırada. Yani bu artık tekil bir tesadüf değil, tekrarlanabilir bir şey.
Benzer hayaller kuran gençlere neler tavsiye edersiniz?
Yarışmaya başvurduğumuzda parçacık fiziği bilen bir ekip değildik. Nötr pionun ne olduğunu, kalorimetrenin nasıl çalıştığını, simülasyonun nasıl kurulduğunu yol boyunca öğrendik. Bu yüzden en yaygın hatanın “önce yeterince öğreneyim, sonra başvururum” diye beklemek olduğunu düşünüyoruz. Öğrenme başvurudan sonra başlıyor.
İkincisi, küçük ve net bir soru seçmek. Bizim deneyimiz evrenin tamamını açıklamıyor, tek bir parçacığı daha temiz görmenin bir yolunu deniyor. Büyük projeler genelde büyük sorulardan değil, iyi tanımlanmış küçük sorulardan çıkıyor.
Üçüncüsü, çalışmayan şeyleri saklamamak. Bilimsel sürecin büyük kısmı işe yaramayan denemelerden oluşuyor ve neden işe yaramadığını anlamak asıl ilerlemeyi sağlayan şey.
Beamline for Schools her yıl açılıyor ve başvuru ücretsiz. Gereken tek şey, sorulmaya değer bir soru bulmak.
PionIST, CERN Beamline for Schools 2026 yarışmasının kazananlarından. Takım ARGEM Lisesi bünyesinde kuruldu; üyeleri Hüseyin Avni Sözen Anadolu Lisesi, Validebağ Fen Lisesi, ARGEM Lisesi ve Doğan Cüceloğlu Fen Lisesi’nden. Söyleşi yazılı yapıldı. Fotoğraflar: PionIST takımı.
Sitemizde CERN’den bir başka haber: CERN’de yeni bir parçacık keşfedildi
