Temel Parçacık Kavramı

0
966
Temel Parçacık

Daha önceden atom altı parçacıkları hakkında bilgi vermiştik. Bu yazımızda temel parçacık tarihi ve temel parçacık kavramı hakkında bir takım bilgiler vereceğiz.  Atomların Bileşik cisimler olduğu 20. yüzyılın başında anlaşıldı. Bunlar, negatif elektrik yüklü elektronlarla çevrelenmiş bir çekirdekten oluşur; çekirdek de proton adı verilen, pozitif yüklü ve elektronlardan çok daha ağır parçacıklar içerir. Ayrıca Einstein, fotoelektriksel etkiyi (bazı maddelerin ışık etkisiyle elektron yayınlaması) açıklayabilmek için, ışığın da foton denen parçacıklardan oluştuğunu gösterdi. Elektronlar, protonlar ve fotonlar 1930’lu yıllara kadar maddenin temel parçacık sanki Evren’in yapı taşları olarak görülüyordu. Ama durum sanıldığı kadar basit değildi.

Temel Parçacık Tarihi

1932 yılında J. Chadwick, çekirdeğin bir başka bileşeni, nötron’u yalıtladı ve C. Anderson kozmik ışınlarda pozitron’u, yani pozitif yüklü karşıt elektronu buldu. Dirac’ın, kuantum elektrodinamiğini, yani yüklü parçacıkların birbirlerine uyguladığı elektromanyetik kuvvetleri açıklayan kuramı önermesi de bu döneme rastlar. Bu kuram matematiksel tutarlılık bakımından bazı güçlükler gösteriyordu, ama birçok olayı, özellikle de elektronların atom çekirdekleri çevresinde dağılma ve enerji düzeylerini değiştirerek ışık yayımlama mekanizmalarım çok daha büyük bir kesinlikte açıklama imkanı veriyordu.

Вunа karşılık, çekirdek içinde olup biten her şeyin elektromanyetik yapıda olmadığı da açıktı. Protonlarla nötronlar bir arada tutan kuvvetle, beta radyoaktifliğini oluşturan kuvvet, uzun erimli değildi: Bunlara, sırasıyla güçlü ve zayıf etkileşimler adı verildi. Elektrodinamikle benzerlik kuran Yukava, güçlü etkileşimin π mezonu veya pion denen ve 1947 yılında kozmik ışınlar sayesinde gözlemlenebilmiş bir parçacık aracılığıyla etkidiğini öne sürdü.

Aynı kozmik ışınlar, piona benzeyen, ama alışılmadık biçimlerde bozunan ve bu nedenle tuhaf parçacıklar adı verilen başka parçacıkların varlığım da ortaya koydu. Proton senkrotronu tipi hızlandırıcıların (kullanılmaları kozmik ışınlardan daha kolaydır) ve kabarcık odalarının (parçacıklar arasındaki tepkimeleri gözlemlemeye yarayan araçlar) hizmete sokulması, çok sayıda benzer parçacığın bulunmasını sağladı; kuramcılar bu parçacıkları, US3 (İngilizce «Unitary Symmetry» [Birleşik Simetri] kelimelerinin baş harflerinden) adı verilen matematiksel bir grup yardımıyla sınıflandırmaya çalıştılar. Bu sınıflandırma, kuark düşüncesini doğurdu.

Zayıf etkileşime bağlı olan beta bozunmasıysa, Pauli ve Fermi’nin 1932’de varlığını ortaya attığı ama ancak 1956 yılında gözlemlenebilmiş olan oldukça esrarlı bir parçacığın yayımıyla birlikte görülür: Nötrino. Ama 1962’de, ikinci bir nötrino türünün de olduğu anlaşılmıştır.

Madde ve ışık

Elektronun atom çekirdeğine bağlayan kuvvetin elektromanyetik yapıda olduğu ve kuantum fiziğinin kurallarına uyduğu bilinmektedir. Dirac bu kuvveti bir alan kuramı ile betimlemeyi önermiştir. Yüklü bir parçacık, onu çevreleyen uzayın her noktasında, bu noktada yer alan bir başka elektrik yükünü çekebilen veya itebilen, elektromanyetik alan adı verilen bir büyüklük oluş­turur. Dirac, kuantum alanında bu olayın, yüklü iki parçacığın nötr bir parçacık alışverişi yaparak birbirine etkidiğini ve bu alışveriş parçacığının, gerçekte bir foton, yani bir ışık parçacığı olduğunun kabul edilmesi anlamına geldiğini gösterdi. Yüklü parçacıkların gizli bir foton alışverişi yaptığından söz edilir: bir parçacıktan diğerine geçerken hemen hemen, yayımlandığı anda soğurulan bu foton, söz konusu alışveriş sırasında her­hangi bir ölçü aletiyle algılanamaz. Yalnız oluşturduğu etkiler hesaplanabilir ve de­neylerle karşılaştırma yapılabilir. Mesela, ısıtılmış atomların foton (bunlar gerçek) yayımı da aynı denklem takımıyla açıklanır.

Henüz tamamlanmamış olsa da Dirac’ın kuramı, her parçacığa, aynı kütlede ama karşıt elektrik yüklü bir karşıtparçaçık’ın denk düştüğünü gösteriyordu. İlk karşıt parçacık olan karşıt elektron veya pozitron, 1932 yılında Cari Anderson tarafından bulundu. Karşıt madde kavramı daha sonra diğer parçacıkları da kapsamına alacak şekilde genişletildi.

Kuantum elektrodinamiği önemli matematiksel güçlükler gösteriyordu; bunlar ancak 1950 yılına doğru, yeniden norlama adı verilen matematiksel bir yöntem sayesinde çözülebildi. Bu günümüzde, elektrik yüklerinin ve fotonların söz konusu olduğu bütün olayları açıklamaya imkan veren, olağanüstü doğrulukta bir fizik kuramı haline gelmiştir. Bu kuram bir lazer ışınının oluşturulması ve yayılmasıyla, alevlerin rengiyle kimyasal bağların oluşumu veya katı cisimlerin sertliği ve erimesiyle olduğu kadar, bir aynadan yansıma veya Gökada içinde kozmik ışınların hızlanması gibi olaylarla da ilgilidir. Kuramda yer alan öngörülerin kesinliğini, ilke olarak, yalnızca hesaplama araçlarının yetersizliği sınırlandırmaktadır.

R.Feynman, bu kuramı açıklamak için, parçacıklar arasındaki etkileşimleri gösterebilen grafik bir yöntem geliştirdi. Gizli veya gerçek, her parçacık bir çizgiyle gösterilir ve çizgiler ancak belli kurallara göre kesişebilir. Her çizgi ve her kesişmeye denk 1 düşen matematiksel formüller bir araya getirilerek olaylara ilişkin hesaplamalar yapılabilir. Feynman grafları’nın kullanımı bütün kuvvet kategorilerine yaygınlaştırıldı. Gerçekte kuantum elektrodinamiği tamamlanmış bir fizik kuramı olarak kabul edilmektedir ve araştırmacılar aynı model üzerine ve benzer düşüncelerle (fotona benzer ve bozan adı verilen parçacıkların alışverişi, yeniden normlama gibi) temel parçacıkların birbirine uyguladığı diğer kuvvetlere ilişkin kuramları da kurmaya çalışmaktadır.

Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikAkıllı Telefon Nasıl Yapılır
Sonraki İçerikAerodinamik Nedir? Otomobil Aerodinamiğinin Tarihi
Oğuzhan Mallı
Merhaba Ben Oğuzhan Mallı Mühendis Beyinler sitesinin editörüyüm, Bir süre Karadeniz Teknik Üniversitesinde Elektrik ve Elektronik mühendisliği okuduktan sonra, yurtdışında eğitimime devam etmekteyim. Advanced seviyesinde İngilizce ve Rusça bilmekteyim. Yazılarımda yaptıklarımla, düşüncelerimle ilgili pek çok şey bulabilirsiniz. Yorumlarınız, düşünce ve tavsiyeleriniz benim için çok önemli. Yalnızca “Merhaba, buralardaydım.” demek için dahi olsa vakit ayırıp bıraktığınız her bir yorum için çok teşekkür ederim. Bütün yorumlara cevap vermeye çalışıyorum.

Düşünceleriniz Nedir?