1930ʼlu
yılların başında atomun proton, nötron ve elektron adı verilen üç temel parçacıktan
oluştuğu düşünülüyordu. Fakat çok geçmeden 1938ʼde Uranyum–235 çekirdeğinin
parçalanmasıyla atomun parçalanarak atom altı parçacıkların var olabileceği
anlaşıldı. 1950ʼlerden sonra parçacık hızlandırıcıların gelişmesiyle birçok
atom altı temel parçacıklar keşfedilmeye başlandı. Bugün yaklaşık 300 atom altı
parçacığın varlığı bilinmektedir. Bu parçacıkların büyük bölümü son derece
kararsız ve kısa ömürlüdür. Bazılarının kütlesi sıfır ve bazılarının ise
varlığı ancak kuramsal olarak saptanmıştır.
İngiliz Peter
Higgs 1960ʼlardaki çalışmasında, sonradan Higgs bozonu adı verilen bir atomaltı
parçacıktan bahsetmektedir. Maddesel kütleyi açıklamak için önerilen bu
parçacık, bugün için henüz fizikçiler tarafından tam olarak gözlemlenmemiştir.
Ancak, CERNʼ de başlatılan yüz yılın deneyinde, Haziran 2012 yılı itibarı ile
bu parçacığın varlığı kesin olarak saptanmıştır.
Parçacık ve Karşıt parçacık
( antiparçacık )
Her parçacığın
bir karşıt parçacığı vardır. Karşıt parçacığın kütlesi aynı olmasına karşın
yükü zıt işaretlidir. Bu durum nötr parçacık ve karşıt parçacıklar için geçerli
değildir (foton ve yüksüz pion (π°) parçacıklarının karşıt parçacığı yoktur).
Karşıt parçacığın varlığı ilk kez, Paul Dirac (1902 – 1984) tarafından ortaya
çıkarılmıştır. Dirac, “her parçacığın kendisiyle tamamen aynı, ancak yükü zıt
olan bir karşıt parçacığı vardır.” fikrini ortaya attıktan kısa süre sonra 1932
yılında Carl Anderson (1905 -1991) tarafından yapılan deneyle kanıtlanmıştır.
Bazı parçacık
ve karşıt parçacıkları:
1. Elektron –
Pozitron: Elektronun karşıt parçacığı pozitrondur. Pozitronun kütlesi
elektronun kütlesine eşit, yükünün büyüklüğü elektronun yük büyüklüğünün aynı,
fakat işareti pozitiftir. (e+) sembolüyle gösterilir.
2. Proton –
Karşıt proton: Karşıt protonun kütlesi protonun kütlesine eşit olup, aynı
büyüklükte negatif işaretli yüke sahiptir. (p–) sembolüyle gösterilir.
3. Nötron –
Karşıt nötron: Karşıt nötronun kütlesi nötronun kütlesine eşit ve yüksüzdür
(n–) ile gösterilir.
4. Nötrino –
Karşıt nötrino: Yakalanmaları çok zor olan nötrinolar, elektik yükleri olmayan
kütleleri ise sıfıra çok yakın olan temel parçacıklardandır. Işık hızına yakın
hızlarda hareket ederler. Nötrinoların temel kaynağı yıldızlardır. Madde içinde
maddeye zarar vermeden geçme özellikleri vardır. Karşıt parçacığı karşıt
nötrinodur. Karşı tnötrinolar beta bozunumu esnasında açığa çıkan yüksüz
parçacıklardır. Tüm özellikleri aynı olan nötrino ve karşıt nötrinolar aslında
aynı parçacıklardır. Aralarındaki tek fark, nötrino’nun kaynağı yıldızlar,
karşıtnötrino’nun kaynağı beta bozunumu olmasıdır. Sembolleri o ve o- dir.
Madde karşıt
parçacıklardan oluşursa o madde karşıt madde olarak bilinir. Karşıt madde
laboratuarda oluşturulabilir. ( CERN’ da Athena deneylerinde karşıt Hidrojen
üretildi ) ama sıradan madde ile çok kısa süre iletişim kurmasıyla hemen yok
olurlar sıradan madde ile beraber.
Temel Kuvvetler ve Temel
Parçacıklar
Doğadaki tüm
olaylar, parçacıklar arasında etkin olan dört temel kuvvet ile tanımlanır.
1. Güçlü Çekirdek Kuvveti
(Yeğin Kuvvet) : Kısa menzilli olan bu kuvvet, elektrik yükünden bağımsızdır. Çekirdekte
protonları ve nötronları bir arada tutan kuvvettir. Bu kuvvetlere mezon adı verilen
alan parçacıkları aracılık eder. Güçlü çekirdek kuvvetlerinin etkili olduğu
parçacıklar hadronlardır.
2. Elektromanyetik Kuvvet : Atom ve molekülleri bir
arada tutarak bildiğimiz maddeyi oluşturan elektromanyetik kuvvet, güçlü
çekirdek kuvvetlerinin 10–2 katı kadardır. Uzun menzilli kuvvettir.
Elektromanyetik
kuvvetlere foton adı verilen alan parçacıkları aracılık eder. Bu etkileşimde
bir elektrondan diğerine enerji ve momentum aktarımı gerçekleşir.
3. Zayıf Çekirdek
Kuvvetleri : Bu kuvvetler bazı radyoaktif bozunum süreçlerinde ortaya çıkarlar. Çok kısa
menzilli bir kuvvettir. Büyüklüğü güçlü çekirdek kuvvetinin 10–5 katı kadardır.
Bu zayıf çekirdek kuvvetlerine aracılık eden alan parçacıkları, W ve Z
bozonlarıdır.
4. Kütle Çekim Kuvvetleri (
Gravitasyonel Kuvvet ) : Güçlü çekirdek kuvvetlerinin10–39 katıdır. Uzun menzilli bir kuvvettir. Bu
kuvvetlere graviton adı verilen alan parçacıkları aracılık eder. Graviton
parçacıklarının kütleleri ve yükleri sıfırdır. Henüz gözlem yolu ile saptanamamış
kuramsal parçacıklardır.
Doğada var olan
ve şimdilik bilinen 4 temel kuvvetin bağlantı kuantasına “Gluon” adı verilir.
Bunlar; elektromanyetik kuvvet gluonu foton, zayıf etkileşim kuvvet gluonu W+
W- Z0 parçacığı, çekim kuvveti gluonu graviton, kuvvetli etkileşim gluonu
renkli gluonlardır. Atom çekirdeğini ilgilendiren gluonlar, kuarkların tat
dediğimiz özelliğini değiştirir ve onların yapmış olduğu hadronları parçalar
veya kuarkları zamk gibi bir arada tutarak kararlı parçacıkların yapılmasını
sağlar.
Spin İstatistiği
Spin, bir tür iç dönmedir ve elektron için bu değer,
yarımdır (1/2). Bir atomik orbitali, ancak zıt spinli iki elektron
paylaşabilir. Bu elektronlardan biri saat yelkovanı yönünde dönüşe sahipse
öteki ters yöndedir. Buna Pauli Dışlama İlkesi de denir. Bu ilke,
elektronların atom çekirdeği çevresinde nasıl sıralandıklarını ve atomların
nasıl kararlı olduklarını gösteren anlamı zengin bir ilkedir.
Pauli yasası
dahilinde parçacıkların spinleri göz önüne alındığında, ya tam sayılı (0,1,..)
ya da buçuklu (1/2, 3/2,…) olduğu görülür. Yarı tamsayılı spinli parçacıklar
Fermi istatistiklerine, tamsayılı spine sahip olanlar Bose-Einstein
istatistiklerine uyarlar. Bu nedenle spinler göz önüne alındığında parçacıklar
iki kısma ayrılırlar.
1- Fermiyonlar (Enrico
Fermi’den)
2- Bozonlar (M. K. Bose’dan)
2- Bozonlar (M. K. Bose’dan)
Fermi
istatistiklerine uyan parçacıklar aynı anda aynı kuantum sayılarına sahip
olamazlar (elektron gibi). Bose istatistiklerine uyanlar ise aynı anda aynı
konumda olabilirler. (fotonlar bu grupta oldukları için lazer ışını
oluşabilir).
Atomaltı Parçacıklar (
Kuantum Parçacıkları )
Atomaltı
parçacıkları genel olarak Fotonlar, Kuarklar, Leptonlar ve Hadronlar olarak 4
gruba ayırabiliriz.
1) FOTONLAR
Elektromanyetik
kuvvetler aracılığı ile etkileşimde bulunurlar. Elektrikçe yüksüzdürler. Kütle
etkileri olmasına karşılık kütle değerleri yoktur. Işık hızıyla hareket
ettikleri için hiç bir koordinat sisteminde durgun değildirler. O nedenle atom
içinde diğer parçacıklar gibi bulunamazlar.
2) KUARKLAR
Kuarklar, iç
yapısı olmayan (bu anlamda elektrona benzeyen) ve şu anda en dipte olduğu
düşünülen parçacıklardır. Kendilerini oluşturan başka parçacıklardan
oluşmamışlardır. Kuarkların en alışılmadık özelliklerinden biri, kesirli yüke
sahip olmaları. ( +1/3 ya da -2/3 gibi kesirli yükler )
6 çeşit olan Kuarkların yükleri ve kütleleri aşağıdaki
tabloda verilmiştir. (Veriler, 2008 Particle Data Group verileridir).
Zayıf çekirdek kuvvetleri aracılığı ile etkileşime girerler. Bilinen lepton sayısı 6 dır. Bunlar elektron (e–), müon (μ–), tau(τ) ve bunların her birine eşlik eden 3 tane nötrino: elektron nötrinosu (νe), müon nötrinosu (νμ) ve tau nötrinusu (ντ) dir.3) LEPTONLAR
Leptonların
karşıt parçacıkları vardır, kütlesi protonun kütlelerinden küçüktür. Daha alt
yapılara dönüşebilecek bir yapıları olmadığından noktasal parçacık şeklinde
tanımlanırlar. Reaksiyon veya bozunum sonrasında lepton sayıları korunur.
Leptonlar
çekirdekte üretildikleri halde asla çekirdekte bulunmazlar, çabucak dışarı
çıkarlar.
Bilinen
Leptonlar : Elektron, Elektron Nötrino, Müon, Müon Nötrino, Tau, Tau Nötrino
Müon ve Tau
bilinen iki ağır leptondur. Her ikisi de kararlı parçacıklardan daha dengesiz
ve kolay bozunur. Müonlar, Dünya’ nın atmosferine giren kozmik ışınlarla
havadaki molekül ve atomlar şiddetle çarpıştığında bulundu.
Leptonların
esrarengiz bir türü olan nötrino 1934 yılında radyoaktif bozunma bakımından
kesin açıklanarak Enrico Fermi tarafından postüla ( ispat edilmeye gerek
duyulmadan doğru olarak benimsenen önerme ) edilmiştir. Nötrinolar maddenin
diğer türleriyle çok zor etkileşir. Dünya boyunca kolayca ilerleyebilirler.
Elektrik yükleri yoktur. Nötrino’ nun üç türü vardır. Bunların her biri
elektron, müon ve tau ile birleşir. Bunlar elektron nötrino, müon nötrino ve
tau nötrino olarak adlandırılır.
4) HADRONLAR
Bir atom çekirdeğini oluşturan Hadronlar, Kuarklardan
yapılmışlardır ve aradaki mezon alışverişi ile kararlı parçacıklar ortaya çıkar.
Bu olay esnasındaki kuvvet güçlü etkileşimdir ve çekirdeği parçalanmadan tutar.
Bu olgu ilk kez H. Yukova tarafından ortaya konulmuştur ve bu olayda en çok rol
oynayan mezon, pi mezondur. Ortalıkta fazla görülmeyen bu maddelerin ömrü çok
kısadır. Yüklü pi mezon 10−8 sn yaşar.
Hadronlar kütle
ve spinlerine göre baryon ve mezonolarak ikiye ayrılırlar.
Kuark kuramına
göre Baryonlar 3 kuarktan, Mezonlar ise bir kuark ve bir antikuarktan
oluşmuşlardır.
Baryonlar
Baryon grubu;
proton (p), nötron (n), sigma (Σ), lambda (∧), ksi (Ξ) ve omega (Ω) parçacıkları ile bu
parçacıkların karşıt parçacıklarını içermektedir. Tüm parçacıklar içinde
kütleleri en büyük olan parçacık grubudur.Baryonların en küçük kütleli olan
parçacığı, protondur, spinleri kesirli değerlere sahiptir, bozunum
süreçlerinin sonucunda proton oluşur. Bir reaksiyon ya da bozunum sonrasında
baryon oluşuyorsa mutlaka karşıt baryon da oluşur. Reaksiyon ya da bozunum
öncesindeki toplam baryon sayısı, reaksiyon ya da bozunum sonrasındaki baryon
sayısına eşittir. Bu duruma baryon sayılarının korunumu yasası denir.
Proton ve
nötrona nükleon adı verilir. Nötron UDD kuarklarından, Proton ise UUD
kuarklarından meydana gelmiştir. Elektrik yükleri hesaplandığında 2/3 -1/3-1/3
= 0 yani yüksüz Nötron ve 2/3+2/3-1/3 = 1 yüklü Proton olduğu görülür.
Mezonlar
Sadece mezonlar
nükleonları birbirine bağlayan kuvvetler incelenirken keşfedilen
parçacıklardır. Çekirdekte proton ve nötronlar ayrı değillerdir, her birinin
kimliği ayrıdır. Onlar pionlar denilen parçacıklarla hızla kendilerinin
arasında birbirlerine dönüşürler. Mezonların yaygın hali pionlardır.
Mezon grubu,
pionlar (π) ve kaonlar (K) ile bu parçacıkların karşıt parçacıklarını içerir.
Pionlar ile kaonların spinleri sıfırdır. Mezonların kütle değerleri, elektron
kütle değeri ile proton kütle değerleri arasındadır. Tüm mezonların bozunma
süreçleri sonunda, elektron, pozitron, nötrino ve foton parçacıkları oluşur.
Mezonlar
kuarklardan oluşur. Bir çift kuark-karşıt kuark bileşenidir. Pozitif pion bir
yukarı kuark ile bir aşağı karşıt kuarktan oluşmuştur. Negatif pion ise bir
aşağı kuark ile bir yukarı karşıt kuarktan oluşmuştur.
Kaonların
mezonların hızlı bozunup kısa yaşayanlarıdır. Kaonlar tanımsızdırlar. Madde ve
karşıt madde formlarında ara sıra farklı modlar hafifçe bozunurlar. Buna,
eşitlik denilen özelliklerin bozulması gibi bakılır. Bu eşitliğin korunmasının
bozulması, evrenin madde ve karşıt maddenin %50-%50 bileşiminden oluştuğunu
açıklayamaz. Evrendeki karışmış madde uzun bir zaman sonra madde ve karşıt maddenin
birinin diğerini yok etmesi gibi yok etmeyecek.
Atomun gizemli
dünyasını keşfettikçe içinde bambaşka dengeler, düzenler, sistemler olduğunu
görüyoruz. Hiçbir şeyin, bu güne kadar öğrendiğimiz gibi olmadığını anlıyoruz
her yeni bilgiyle. Kuantum mekaniği, evrendeki sistemi bir nebze de olsa
anlamamız için bizlere yol gösteriyor. Her bir parçacığın derinine doğru
ilerlemeye devam ettikçe o dünyada hem kendimizi hem de evrendeki sistemi
anlamaya bir adım daha yaklaşıyoruz. Her bir parçacık, içerisinde evrenle
birlikte taşıdığı bilgiyi bize anlatıyor ve bu bilgileri nasıl kullanacağımızı
öğrendikçe hem yaşamımızda hem de evreni anlamakta bir adım daha atmış
oluyoruz.
KAYNAKÇA :
http://www.egitimkutuphanesi.com/parcacik-fizigi-temel-parcaciklar-leptonlar-kuarklar-hadronlar-atom-cekirdegi-temel-kuvvetler-spin-istatistigi/
http://en.wikipedia.org/wiki/Subatomic_particle
Derleyen : Meral COŞKUN
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder