Muonlar ve volkanların içini görüntülemek

Physics Today’in Aralık 2012 sayısında “ Volkanlara kozmik muon ışınlarıyla bakmak” başlığıyla bir haber yayımlandı [1]. Yazı bilimsel bir makale biçiminde değil, daha çok bir keşfi anlatıyor. Okuduğum zaman hakikaten hayretler içinde kaldım. Parçacık fiziğine ait bir teorinin jeofiziğe doğrudan uygulanabilecek bir yönteme dönüştüğünü görünce çenem düştü! Bir de konu dağları ilgilendirince deymeyin keyfime. Ben de zaten çok özet olan yazıyı biraz daha özetleyip burada paylaşmaya karar verdim.

Muon’lar elektronla aynı yüke sahip ancak 200 kat daha ağır bir temel parçacık. Bu parçacıklar kozmik ışınların yukarı atmosferdeki parçacıklarla etkileşimi sayesinde oluşuyor. Muon kararsız bir parçacık: 2.2 mikrosaniyelik bir ömrü var. Ancak relativistik hızlarda bu süre parçacığın atmosferi geçip dünyanın yüzeyine gelmesine olanak sağlıyor. Muonlar o kadar delici ki dünyanın birkaç kilometre içine nüfuz edebiliyor ve hatta derin madenlerde muonlar dedektörler vasıtasıyla algılanabiliyor” [2].

İşte muonların bu özellikleri onların tıbbi tomografiye benzer şekilde kullanılmalarının yolunu açmış. Tıbbi tomografide X ışınları kullanılıyor ve yöntem şiddeti bilinen ışınlarının canlı vücudundan geçtikten sonra azalan yoğunluklarının ölçülmesi ve bu işlemin birçok yönde yapılması ile elde edilen değerlerin işlenmesiyle vücudun yoğunluk profilinin ortaya çıkarılması temeline dayanır. Sismik tomografi deprem dalgaları kullanılarak dünyanın derinliklerinde ( > c. 100 km) birkaç on – yüz kilometre çözünürlüğündeki alanların yoğunluk farkları hesaplanabilir. Muografi de ise muonlar kullanılmış ve incelenen volkanın etrafına Muon dedektörleri yerleştirilmesi suretiyle volkanların içindeki yoğunluklar hesaplanmış [e.g. 3]. Bildiğiniz gibi yoğunluk sıcaklığın bir fonsiyonudur ve sıcaklık arttıkça yoğunluk düşer: \rho(T) = \rho_o (1+\alpha \Delta T) . Burada \alpha termal genleşme katsayısı, \rho_o referans yoğunluk ve \rho(T) sıcaklığı bağlı yoğunluk fonsiyonunu temsil etmektedir. Bu sayede eğer yoğunluk profillerini hesaplarsanız volkanın içindeki sıcaklığı kestirebilir, patlama simulasyonları için başlangıç koşullarını oluşturabilirsiniz. Bu tip bir çalışmada ne sismik dalgalar ne de x ışınları volkanların yoğunluk profilini görüntülemeye olanak veren kaynaklar değil. Çünkü X ışınları çok kısa mesefelere nüfuz edebiliyor, deprem dalgaları ise volkanların dalgaboyunu çözebilecek çözünürlükte değiller.

Yöntem esasen Gize piramitlerindeki gizli odaların keşfi için kullanılmış ancak o zamanki dedektör teknolojisi ve sinyal işleme teknikleri yeterli değilmiş. Günümüzde ilerleyen teknoloji sayesinde volkanların içine(!) kozmik ışınlardan(!) türeyen temel parçacıklar(!) sayesinde bakabiliyoruz. Bu inanılmaz birşey değil mi? Şimdi çuvaldızı kendimize bir batıralım. Anadolu’da birçok suskun volkan olduğunu biliyoruz; dikkatinizi çekeyim pasif değil. Mesela Nemrut’un 15. yüzyıl ortasında patladığının yazılı kayıtları var. “Bize fizikçi değil pastacı lazım” buyuran bir zihniyetin, ki bilim ve teknolojinin ilerlemesi buradan çıkacak kaynaklara tabii, acaba halkını volkanlar gibi doğal felaketlerin doğuracağı sonuçlardan nasıl koruyabilir?

Kaynakça
[1] Saracino S. ve Cârloganu, C. (2012). Looking at volcanoes with cosmic-ray muons. Physics Today, v. 65, p. 60 – 61
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Muon
[3] Tanaka, H. K. M. et al. (2007). Imaging the conduit size of the dome with cosmic-ray muons: The structure beneath Showa-Shinzan Lava Dome, Japan. Geophysical Research Letters, v. 34, doi. 10.1029/2007GL031389

Yorumunuzu buraya bırakın

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s