Parçacık Fiziği | Temel Parçacıklar – Leptonlar – Kuarklar – Hadronlar – Atom Çekirdeği – Temel Kuvvetler – Spin İstatistiği

Parçacık Fiziği

Parçacık fiziği madde’nin parçacıklarını ve aralarındaki karşılıklı etkileşimi konu alan fizik dalıdır. Atomaltı parçacıkları inceler.

Atomaltı parçacıklar bağımsız olarak ömürleri çok kısa olduğu için normal şartlar altında gözlemlenemezler. Bu amaçla oluşturulan parçacık hızlandırıcısı denilen dev düzeneklerde, yüksek elektrik 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 şimdiki bilgilerimize göre en temel parçacıklardır. Yani, kendilerini oluşturan başka parçacıklardan yapılmamışlardır. Temel parçacıklar fermiyonlardır, dönüş (spin) kuantum değerleri kesirlidir (1/2 gibi). Bu parçacıklar dönüş değerleri kesirsiz (0, 1 gibi) olan bozonlar sayesinde birbirleri ile etkileşirler.

Leptonlar

Leptonlarin en çok bilineni elektrondur. Elektron şimdilik başka parçacıklardan yapılmamış olarak kabul edilmektedir. Leptonların spini (dönüş; parçacığın iç açısal momentumu) ½ ve elektrik yükleri -1 veya 0 dır. Yunanca lepton hafif parçacık anlamına gelmektedir. Şimdilik (2007de) bilinen 6 lepton vardır:

– e electron (Elektrik yük=-1)
– Ve electron-neutrino (Elektrik yük=0)
– T tau (Elektrik yük=-1)
– Vt tau-neutino (Elektrik yük=0)
– m muon (Elektrik yük=-1)
– Vm muon-neutrino (Elektrik yük=0)

Kuarklar

Temel parçacıklar içinde adını Murray Gell-Mann ve Georg Zweig tarafından alan parçacıklar kuarklardır. Kuarklarda spin ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya -1/3 olan parçacıklardır. Şimdilik (2007de) bilinen 6 kuark vardır:

– u up (üst, elektrik yük=2/3)
– d down (alt, elektrik yük=-1/3)
– c charm (çekici, elektrik yük=2/3)
– s strange (tuhaf, elektrik yük=-1/3)
– t top (tavan, elektrik yük=2/3)
– b bottom (taban, elektrik yük=-1/3)

Hadronlar

Kuarklar ve antikuarklar bir araya gelerek hadronları oluştururlar. 3 kuarktan (veya antikuarktan) oluşan hadronlara Baryonlar (bu kelime Yunanca ağır anlamındadır), bir kuark ve bir antikuarktan oluşan hadronlara ise Mezonlar (bu kelime “Mezzo” orta sözünden gelir) denir. Baryonlar ağır, mezonlar orta ağır parçacıklardır.

Atom çekirdeği

Atom çekirdeği temel parçacık değildir, nükleon adı verilen proton ve nötronlardan meydana gelir. Elektron ve çekirdeğin içindeki nötron ile proton kararlı parçacıklardır. Kuarklar bir araya gelerek nükleonları oluştururlar. Nötron u,d,d kuarklarından, proton ise u,u,d kuarklarından meydana gelmiştir. Elektrik yükleri hesaplandığında nötronun 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 nükleonlar aradaki mezon alışverişi ile kararlı parçacıklar ortaya çıkar. Bu olay esnasındaki kuvvet güçlü etkileşimdir ve çekirdeği parçalanmadan tutar. Bu olgu ilk kez Hideki Yukawa tarafından ortaya konulmuştur ve bu olayda en çok rol oynayan mezon pi mezondur. Ortalıkta fazla görülmeyen bu parçacıkların ömrü çok kısadır. Yüklü pi mezon 10 − 8 sn yaşar.

Bir atom çekirdeğinin her zaman kararlı değildir, kararsız atom çekirdeklerinde, ki radyoaktif maddelerin çekirdekleri böyledir, çekirdek parçalanması olur. Bunun nedeni zayıf etkileşim adlı kuvvettir.

Temel Kuvvetler

Doğada şimdilik varlığı bilinen dört temel kuvvet ve bunların etkileşim parçacıkları şunlardır:

1- Elektromagnetik Güç: Foton γ

Foton günlük hayatta iç içe yaşadığımız: Isı, Işık, Radyo-TV sinyalleri, Mikrodalgasinyalleri, X-ışınları, Gamma ışınları ve bunlara benzer enerji yayılımlarını taşımakla yükümlüdür.

2- Zayıf Nukleer Güç: W+ W- Z0 parçacıkları

Z ve W boson’lar radyoaktif bozunmalardan sorumludurlar.

3- Kuvvetli Nukleer Güç: Gluon g

Parçacık fiziğini ilgilendiren gluonlar kuarkların tad (İngilizce color) adı verilen özelliğini değiştirir ve onların yapmış olduğu hadronları parçalar veya kuarkları birarada tutarak kararlı parçacıkların oluşmasını sağlar.

4- Kütleçekimsel Güç: Graviton G

Henüz keşfedilmemiştir.

Spin İstatistiği

Yukarda belirtilen bu parçacıkların Pauli yasası dahilinde spinleri göz önüne alındığında, ya tam sayılı (0,1,..) veya buçuklu (1/2, 3/2,…) olduğu görülür. Yarı tamsayılı spinli parçacıklar Fermi istatiklerine, tamsayılı spine sahip olanlar Bose-Einstein istatiklerine uyarlar. Bu nedenle spinler göz önüne alındığında parçacıklar iki kısma ayrılırlar.

1- Fermiyonlar (Enrico Fermi’den)
2- Bozonlar (M. K. Bose’dan)

Fermi istatistiklerine uyan parçacıklar aynı anda aynı kuvantum sayılarına sahip olamazlar (elektron gibi). Bose istatiklerine 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.

Kaynak: Kadim Dostlar ™ Forum

Bu içerik 26.03.2009 tarihinde Hale tarafından, Fizik - Kimya - Biyoloji Konu Anlatımları bölümünde paylaşılmıştır ve 3248 kez okunmuştur. Bu içeriğin devamında incelemek isteyebileceğiniz 0 adet mesaj daha bulunmaktadır.

Parçacık Fiziği | Temel Parçacıklar - Leptonlar - Kuarklar - Hadronlar - Atom Çekirdeği - Temel Kuvvetler - Spin İstatistiği orjinal içeriğine ulaşmak için tıklayın ...