Atomaltı Parçacıklar (Atom-3)

Genel olarak atomaltı parçacık dendiğinde aklımıza proton, nötron ve elektron gelir. Ancak atomaltı parçacıklar bunlardan çok daha fazla sayıda ve çok daha fazla çeşitdedir.

Atom altı parçacıklar en başta madde ve kuvvet taşıyıcı parçacıklar olarak ikiye ayrılabilir.

Madde kısmına "fermiyon" denir ve Fermi-Dirac istatistiğine tabi parçacıklardır.

Kuvvet taşıyıcılara "bozon" denir ve Bose-Einstein istatistiğini takip ederler.

Kuarklar

Proton, nötron gibi ağır atom altı parçacıkları kuarklar oluşturur. Elektrik yükleri +2/3 ve -1/3 dür. Kuarklar 4 temel kuvvet ile de etkileşime girebilen tek parçacıktır. Bir kuark, sınırlandırılma (confinement) denen bir özelliğe sahiptir; yani bir kuark yalnız başına gözlenemez, daima başka bir kuarkla birlikte gözlenir. Bu durum, kütle, spin ve eşlik gibi temel özeliklerinin doğrudan belirlenmesini imkansız kılar. Bu özellikleri keşfetmek için, kuarkların oluşturduğu parçacıklardan çıkarım yapılır. Kuarklar arasındaki güçlü kuvvet etkileşimleri sırasında; bir çift "renk" ve "antirenk" yüküne sahip kütlesiz vektör ölçülü bozonları bulunduran gluon isimli parçacıkları takas ederler. Gluonlar değişirken, kuarkın "rengi" de değişir. Renk adı verilen bu kuvvet, kuarklar birbirine yakınken en zayıftır.

Kuarklar, renk kuvveti ile birbirlerine o kadar bağlıdır ki onları ayırmak için yeterli enerji varsa, kuark-antikuark çifti hemen boş bir kuark ile bağ kurar ve yeni bir hadron oluşturur. Bu yüzden kuarkları asla yalnız gözlemleyemeyiz.

6 çesit kuark vardır. Bunlara çeşni (flavour) denir.

Bilinen maddeleri oluşturan aşağı (d) kuark -1/3 ve yukarı (u) kuark +2/3 yüklüdür. Böylelikle 2d ile 1u nötron oluştururken, 2u ile 1d proton oluşturur.

Leptonlar

En çok bilinen lepton elektrondur. Üç nesil lepton bulunur

• 1. nesil – elektronik leptonlar: elektron ve elektron nötrinosu
• 2. nesil – müonik leptonlar: müon ve müonik leptonlar
• 3. nesil – tauonik leptonlar: taun ve taun nötrinosu

Elektron yüklü leptonlar arasında en ufak kütleye sahip olan leptondur. Müon ve tau daha büyük kütleye sahiptir süratli bir şekilde elektrona bozunurlar. Müon ve taular sadece kozmik ışınlarda bulunur ya da hızlandırıcı çarpışmaları sonucunda meydana gelir.


Nötrino

Son derece küçük, neredeyse sıfır kütleli (elektronun 10 milyonda biri), yüksüz parçacıklardır. Evrende sürekli meydana gelen proton-nötron bozunmasının sonucunda ortaya çıkarlar ve başka hiç bir parçacıkla etkileşime girmezler. Işık hızına yakın hızlarda hareket ederler ve evreni sürekli katederler.

Evren nötrinolarla doludur. Örneğin güneşten her cm2'ye 1 saniyede 61 milyar nötrino gelmektedir. Evren'deki en büyük nötrino kaynakları ise süpernovalardır.

Aşağıda diğer kozmik parçacıkların etkisinden uzak kalabilmek için, yerin 2.100m derinliğinde inşaa edilmiş olan, Kanada'daki Sudbury Nötrino Gözlemevi'ni görmektesiniz.

Hadronlar

Baryonlar ve mezonlar olarak ikiye ayrılırlar.

Mezonlar bir kuark ile herhangi bir anti kuarkdan oluşur ve bu sebepten kararsızdırlar. 140 çesit mezon vardır.

Baryonlar 3 kuark yada 3 anti-kuarkın bir araya gelmesiyle oluşur. Baryonlar, mezonlardan daha kararlıdır.

Anti-madde

Antimadde, antiparçacıklardan oluşan maddedir. Antiparçacıklar ise normal maddenin yapı taşları olan parçacıklarla aynı kütleye fakat zıt işaretli elektrik yüküne sahip parçacıklardır. Maddeyi oluşturan tüm parçacıkların temel parçacık olsun ya da olmasın bir antiparçacığı vardır. Örneğin temel bir parçacık olan elektronun antiparçacığına pozitron denir. Protonun ve nötronun antiparçacıklarına ise antiproton ve antinötron denir. Antinötron gene yüksüzdür ama nötronu oluşturan temel parçacıkların antilerinden meydana gelir.

Normal parçacıkların normal maddeyi oluşturmasına benzer biçimde antiparçacıklar bir araya gelerek antimaddeyi oluşturur. Örneğin bir antiprotonun ve bir pozitronun bir araya gelmesiyle normal hidrojenin antimaddesi olan antihidrojen oluşur.

Madde ve antimadde parçacıkları bir araya geldiği zaman birbirlerini yok eder ve E=mc2 formülüne göre enerjiye dönüşür.

Kuramsal olarak bütün diğer antimadde atomlarının da oluşmasının önünde bir engel yoktur. Ancak helyumdan daha büyük antimadde atomları bugüne kadar ne laboratuvar ortamında üretilebilmiş, ne de evrende gözlemlenebilmiştir.

Bozonlar

Foton, ışığın parçacığıdır ve yüklü bir nesneden diğerine geçen foton akışının oluşturduğu elektriksel ve manyetik alanlardan sorumludur.

Gluon, kuarkları bir arada tutarak proton ve nötronu oluşturan ve sonraki aşamada bu proton ve nötronları da bir arada tutarak yapıca daha ağır çekirdeği oluşturan kuvveti üretir.

Ara vektör bozonları - "W pozitif", "W negatif" ve "Z sıfır", radyoaktif bozunum (zayıf etkileşim) sürecinden sorumludur.

Graviton, kütle çekiminden sorumlu olduğuna inanılır ama henüz gözlemlenememiştir.

Unutulmamalıdır ki deneysel ve kuramsal daha birçok parçacık vardır.

Higgs Bozonu

CERN’de 1998-2008 yılları arasında 10.000 bilim insanın çalışmasıyla 175 m derinlikte, 27 km uzunluğunda Büyük Hadron Çarpıştırıcısı inşa edilmiştir. Saniyede 600 milyon parçacık çarpıştırılabilir. Işık hızının %99.999 hızlara çıkılır. Güneş merkezinin 100.000 katı sıcaklıklara çıkılır.

 

Higgs bozonu saf enerji olan parçacıklara kütle kazandıran parçacıktır. Bu teori 1964 yılında ortaya atılmıştır. Higgs bozonunun bir diğer adı da Higgs alanıdır. Higgs mekanizması denen şey, bu alanda gerçekleşir. Parçacık alandan geçerken alanla etkileşime girer, alan o anda ortadan kaybolur, parçacık ise kütle kazanır.