•Parçacık fiziği nedir ve Standart Model
Parçacık fiziği, yüksek enerji fiziği olarak da bilinen ve maddeyi ve ışınımı oluşturan parçacıkların doğasını araştıran bir fizik dalıdır. Parçacık kelimesi birçok küçük nesneyi andırsa da, bu bilim dalı genellikle gözlemlenebilen, indirgenemez en küçük parçacıkları ve onların davranışlarını anlamak için gerekli temel etkileşimleri araştırır. Şu anki anlayışımıza göre bu temel parçacıklar, onların etkileşimlerini de açıklayan kuantum alanlarının uyarımlarıdırlar.
Günümüzde bu temel parçacıkları ve alanları dinamikleriyle birlikte açıklayan en etkin teori Standart Model olarak adlandırılmaktadır. Bu yüzden günümüz parçacık fiziği genellikle Standart Modeli ve onun olası uzantılarını inceler. Parçacıkları ve etkileşimlerini açıklayan en güncel kuram da Standart Model adı verilir.
Parçacık hızlandırıcılar ve yüksek enerji
Atomaltı parçacıklar bağımsız olarak ömürleri çok kısa olduğu için normal şartlar altında gözlemlenemezler. Bu amaçla oluşturulan parçacık hızlandırıcı denilen dev düzeneklerde, yüksek elektriksel alan etkisi ile hızlandırılmış parçacıkların manyetik alan etkisi ile odaklanarak çarpıştırılması ile ortaya çıkan farklı parçacıklar incelenebilir hale getirilmeye çalışılır. Bu işlemlerin yapılmasında ve yaratılan çarpışmalarda ortaya çıkan enerji miktarları çok büyük olduğundan parçacık fiziği yüksek enerji fiziği olarak da adlandırılır.
Temel parçacıklar: Leptonlar ve kuarklar
Leptonlar ve kuarklar görünen maddeyi oluşturan ve günümüz teknolojisine göre iç yapısında başka parçacıklar barındırmayan temel yapıtaşlarıdır. Fermiyonların dönüş (spin) kuantum değerleri kesirlidir (½ gibi). Bu parçacıklar dönüş değerleri kesirsiz (0, 1 gibi) olan bozonlar sayesinde birbirleri ile etkileşirler.
Leptonların en çok bilineni elektrondur. Electron günümüz teknolojisiyle temel parçacık olarak kabul edilmektedir, yani başka parçacıklardan oluşmayan bir yapısı vardır ve noktasal bir nesne gibi davranır. Leptonların spin’i (dönüş; parçacığın iç açısal momentumu) ½ ve elektrik yükleri (protonun elektrik yükünün katları olarak) -1 veya 0 dır. Yunanca lepton hafif temel parçacık anlamına gelmektedir. Şimdilik (2019’da) bilinen 6 lepton vardır: electron (Elektrik yükü=-1), elektron-nötrino (Elektrik yükü=0), tau (Elektrik yükü=-1), tau-nötrino (Elektrik yükü=0), muon (Elektrik yükü=-1) ve muon-nötrino (Elektrik yükü=0).
Temel parçacıklar içinde adını Murray Gell-Mann ve George Zweig tarafından alan parçacıklar kuarklardır. Kuarklarda spin ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya -1/3 olan parçacıklardır. Şimdilik (2007’de) bilinen 6 kuark vardır: up (ap) (üst, elektrik yükü=2/3), down (davn) (alt, elektrik yükü=-1/3), charm (çarm) (çekici, elektrik yükü=2/3), strange (streync) (tuhaf, elektrik yükü=-1/3), top (tap) (tavan, elektrik yükü=2/3) ve bottom (bat`ım) (taban, elektrik yükü=-1/3).
Temel kuvvetler
Doğada şimdilik varlığı bilinen dört temel kuvvet vardır. Bu kuvvetler belirli parçacıkların değiş-tokuşu ile etkilerini gösterirler. Elektromanyetik Kuvvet foton tarafından iletilir. Foton kütlesizdir ve günlük hayatta iç içe yaşadığımız Isı, Işık, Radyo-TV sinyalleri, Mikrodalga sinyalleri, X-ışınları, Gama ışınları gibi enerji yayılımlarını taşımakla yükümlüdür. Elektromanyetik kuvvet yüklü parçacıklar arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olarak iletilir.
Zayıf Çekirdek Kuvveti, Z adı verilen bozon ile W± adı verilen kütleli ve elektrik yüklü parçacıklar tarafından iletilir. Z ve W bozonlar radyoaktif bozunmalardan sorumludurlar. Bu zayıf kuvvet, yüklü parçacıklar arasındaki mesafe ile ‘Exp(- MZ * mesafe)/mesafe2)’ şeklinde değişir ve yalnız ‘mesafe ~ 1/ MZ’ civarında etkili olur.
Güçlü Çekirdek Kuvveti gluon (yani ‘tutkal’ parçacığı) tarafından iletilir. Bu kuvvet yüklü parçacıklar arasındaki mesafe ile ‘mesafe’ şeklinde değişir ve büyük mesafelerde güçlü bir etkileşme verirken, küçük mesafelerde oldukça zayıftır.
Kütleçekim Kuvveti graviton tarafından iletilir. Graviton henüz keşfedilmemiştir. Bu kuvvet hep çekimseldir ve yüklü (kütleli) parçacıklar arasındaki mesafe ile ‘1/mesafe2’ şeklinde değişir.
Hadronlar ve atom çekirdeği
Kuarklar ve/veya antikuarklar gluon tarafından tutularak hadronları oluştururlar. Yeğin kuvvet gereğince kuarklar hadronlar içinde hapsolmuş olarak bulunurlar; hiçbir zaman serbest parçacık olarak gözlemlenemezler. 3 kuarktan (veya antikuarktan) oluşan kesir spinli hadronlara baryonlar (bu kelime Yunanca ağır anlamındadır), bir kuark ve bir antikuarktan oluşan spini tam sayı hadronlara ise mezonlar (kelime “mezzo” kelimesinden gelir) denir.
Atom çekirdeği, diğer adıyla nukleon, proton ve nötronlardan meydana gelir. Elektron ve çekirdeğin içindeki nötron ile proton kararlı parçacıklardır. Nötron u, d, d kuarklarından, proton ise u, u, d kuarklarından gelir. Elektrik yükleri hesaplandığında neutronun yüksüz (2/3 – 1/3 – 1/3 = 0) ve protonun +1 yüklü (2/3 + 2/3 – 1/3 = 1) olduğu görülür.
Bir atom çekirdeğini oluşturan nukleonlar aradaki mezon alışverişi ile kararlı parçacıklar ortaya çıkar. Bu olay esnasındaki kuvvet güçlü etkileşimdir ve çekirdeği parçalanmadan bir arada tutar. Bu olgu ilk kez Hideki Yukava tarafından ortaya konulmuştur ve bu olayda en çok rol oynayan mezon pi mezondur. Yüklü pi mezon 10⁻⁸ sn yaşar. Bir atom çekirdeği her zaman kararlı değildir. Radyoaktif maddelerin çekirdekleri gibi kararsız atom çekirdeklerinde çekirdek parçalanması olur. Bunun nedeni zayıf etkileşim adlı kuvvettir.
Spin istatistikleri
Bu parçacıkların Pauli yasası dahilinde spinleri göz önüne alındığında, ya tam sayılı (0,1,..) veya buçuklu (1/2, 3/2,…) olduğu görülür. Yarı tam sayılı spinli parçacıklar Fermi istatiklerine, tam sayılı spine sahip olanlar Bose-Einstein istatiklerine uyarlar. Bu nedenle spinler göz önüne alındığında parçacıklar iki kısma ayrılırlar: Fermiyonlar (Enrico Fermi’den) ve Bozonlar (M. K. Bose’dan).
Fermi istatistiklerine uyan parçacıklar aynı anda aynı kuantum sayılarına sahip olamazlar (electron gibi). Bose istatistiklerine uyanlar ise aynı anda aynı konumda olabilirler (fotonlar bu grupta oldukları için lazer ışını oluşabilir). Yukarıda bahsi geçen temel Kuvvetlerin etkileşim parçacıkları bozonlardır. Tüm bahsedilen parçacıkların bir antiparçacığı da mevcuttur; bu parçacıkların tamamı antimadde olarak adlandırılır.
Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.
Seja o primeiro a comentar
Desenvolva sua ideia com uma fonte, pergunta ou contra-argumento construtivo.