Simetri Yasaları/Zayıf Etkileşim

Zayıf etkileşim

Zayıf etkileşim bildiğimiz gibi, çekirdek veya parçacık bozunmalarıyla, parçacık dönüşümleri veya yokedilişlerinde rol oynayan bir etkileşim Şimdi eğer bu türden süreçleri incelerken simetri kurallarından herhangi birinin çiğnendiğine şahit olursak; diğer üç etkileşimin simetri özelliklerini sağlıyor olduğu kanaatinde olduğumuza göre; ihlalin sorumlusunun zayıf etkileşim olduğu sonucuna varabiliriz

Zayıf etkileşimin rol oynadığı bozunmalar, değişik zamanlarda değişik laboratuvarlarda incelendiğinde aynı işleyiş biçimini sergiliyorlar Dolayısıyla bu etkileşim de 'uzayda ve zamanda öteleme, uzayda dönme' işlemleri altında simetri özelliğini sağlıyor
1950'li yıllara kadar, fizik yasalarının tümünün, bu arada zayıf etkileşimin de, sözünü edegeldiğimiz simetrilerin tümünü sağladığına inanılıyordu Fakat ilk kez 1954 yılında yapılan bir gözlemle, karşıt tau leptonunun; olmak üzere, iki farklı şekilde bozunduğu belirlendi Halbuki parçacığının, bu bozunma yollarından birini izlemesi halinde, diğerini izlememesi gerekiyor, çünkü aksi halde parite korunamıyordu Daha sonra, paritenin korunumu ilkesini çiğneyen pek çok diğer bozunma gözlendi Örneğin spini ½ olan lambda parçacığı (u-d-s), zayıf etkileşim aracılığıyla bir proton (u-u-d) ve bir mezona (au-d) bozunuyor ( � p+ mezon), bu bozunmada da parite korunmuyordu 1957 yılında CS Wu ve çalışma arkadaşları tarafından yapılan deneylerle belirlenen bir diğer örnek, kobaltın izotoplarından birinin (Co-60) ß bozunmasıydı



Co-60 izotopu bozunmadan önce 5 ћ'lik açısal momentuma sahip Bozunmadan sonra bu açısal momentum 4 ћ'e iniyor Demek ki bozunmada salınan bir de nötrino var ve aradaki 1 ћ'lık açısal momentum farkı, elektronla beraber bu nötrino tarafından taşınıyor Kobalt atomlarını, çok düşük sıcaklıklara kadar soğutup kinetik enerjilerini azalttıktan sonra, güçlü bir manyetik alana yerleştirerek, açısal momentumlarını manyetik alanla eşyönlüleştirmek mümkün Diyelim manyetik alan yukarı doğruydu ve kobalt çekirdeklerinin açısal momentumları da yukarı doğruldu Bu durumda, bozunma sonucu salınan elektronun yukarı yönde spine sahip olması gerekir

Nötrinonun da öyle, ki açısal momentum korunabilsin Ancak kobalt çekirdeği bu yukarı yönlü spine sahip elektronu; yukarıya doğru da salabilir, aşağıya doğru da Birinci durumda; spini yukarı doğru olup yukarıya doğru hareket etmekte olan elektronun, spin ve hareket yönleri aynıdır İkinci durumda ise, spini yukarıya doğru olup aşağıya doğru hareket etmekte olan elektronun, spin ve hareket yönleri terstir Paritenin korunması için, kobalt çekirdeklerinin elektronları eşit olasılıkla aşağıya ve yukarıya doğu salması gerekirken, durum böyle olmuyor Kobalt çekirdekleri şaşırtıcı bir şekilde yön tercihinde bulunarak, elektronları daha büyük sıklıkla aşağı, yani manyetik alanın tersi yönde salıyor Böylelikle de; saldığı elektronların çoğunluğu için hareket yönünün, spinle ters yönlü olmasını sağlamış oluyor Yani, saldığı elektronların hareket yönü ile spini arasındaki ilişki açısından sol el uyumunu tercih ediyor


Şimdi ünlü kuramsal fizikçilerden Richard P Feynman'ın sunduğu bir örnekten hareketle, bu, kuantum mekaniksel bir nitelik olan paritenin korunmaması durumunun büyük ölçekli bir sistemde nasıl, yansıma altında simetrinin bozulmasına karşılık geldiğine bir bakalım Diyelim kobalt atomlarını yeterince soğuttuk ve bir elektromıknatısla oluşturduğumuz, yukarı yöndeki güçlü bir manyetik alanın içine koyduk Elimizde bir de elektron dedektörü var ve açıklığından her elektron girdiğinde, olayı algılayıp bir 'tık' sayıyor

Dedektörü, açıklığı kobalt atomlarına bakacak şekilde; düzeneğin üst tarafına yerleştirirsek görece seyrek, alt tarafına yerleştirdiğimizde ise daha sık 'tık' sayacak Dedektörü alt tarafa yerleştirip, bu düzeneği bir saat olarak kullandığımızı düşünelim: Acaba ayna simetriği nasıl çalışacak?