Bozunmalar > Elektron Pozitron Yokedilişi

Görüldüğü üzere, bu yokedilme sürecinin, güçlü veya elektromanyetik etkileşimlerden herhangi birisinin aracılığı ile gerçekleşmesi mümkün Çarpışan elektron ve pozitronun her birinin enerjisi en az 455GeV düzeyinde ise, 91GeV'luk ağır Z0 parçacığı oluşabiliyor Z0 daha sonra, 10-24 saniye gibi kısa bir sürede bozunuyor Z0'ın; buradaki şekilde bir tılsım kuarkla karşıtına bozunduğu gösteriliyor olmakla beraber, bir leptonla karşıtına bozunması da mümkün Hangi kanalı izleyeceği, toplamı 1 olan olasılıklar çerçevesinde belirleniyor Sürecin ara aşamaları, yaklaşık 10-24 saniyede tamamlanıyor ve dolayısıyla gözlenemiyor Diğer lepton bozunmalarına gelince

Gerçi muon bozunmalarına daha önce değinilmişti Orta ağırlıktaki lepton olan µ- ile karşıtı µ+ muonları; atmosferin onlarca kilometre yükseklikteki üst katmanlarını sürekli olarak bombardıman eden kozmik ışınlar tarafından üretiliyor Kozmik ışınların ana bileşenlerinden birini, protonlar ve karşıtprotonlar oluşturuyor Karşıtprotonlar atmosfer moleküllerindeki protonlardan biriyle çarpıştığında, yokedilme süreci sonrasında, yeni parçacıklar ve çoğunlukla da π mezonları oluşuyor

Bu mezonlar, diğer parçacıkların yanında, muonlara da bozunuyor Yarı ömrü 22 mikrosaniye olan muonlar da keza diğer parçacıklara; pozitron, elektron ve nötrinolara bozunuyor Gerçi çok yüksek hızlarla hareket ediyor olmalarına karşın, onlarca kilometreyi katedip, deniz seviyesine ulaşamamaları gerekiyor Halbuki yeryüzündeki sis odası belirleyicilerinde (dedektör) gözlemlenebiliyorlar ve bu durum zamanın, relativite kuramının öngördüğü şekilde genişlemesinin bir kanıtını oluşturuyor Çünkü, kendi referans sistemlerinde kısa olan yarı ömürleri (t0), bizlerin 'laboratuvar sistemi'nde, yeryüzüne ulaşmalarını mümkün kılacak kadar uzamış (t) oluyor (t=t0(1-v2/c2)-1/2)

toğrafında; alttan giren bir karşıtprotonun, yaklaşık durağan bir protona çarparak yokedilişi görülüyor
Bu olayda 8 pion üretilmiş Bunlardan birisi, karşıt muon (µ+) ile nötrinosuna bozunmuş Artı ve eksi yüklü pionlar, manyetik alan içerisinde zıt yönlere kıvrılıyor Fakat yüksüz olan nötrino iz bırakmıyor

En ağır lepton olan tau parçacığı, 1970'li yıllarda, 5GeV düzeyine ulaşan parçacık çarpıştırma deneyleri sırasında keşfedildi Elektronun 3,500 katı ağırlıkta olan bu lepton, kararsız olup; diğer leptonlara, ya da bir veya daha fazla hadrona bozunuyor Yarı ömrü 03 pikosaniye düzeyinde olduğu için, doğrudan gözlenemiyor Varlığı ancak, bozunma ürünlerinin gözlenmesi sayesinde kantılanmış oluyor Örneğin yandaki şekilde, orta kısımda oluşmuş bulunan τ+ ve τ- çiftinden her birinin bozunma şemaları görülüyor Ağır tau leptonuyla karşıtı, oluşma noktalarından birkaç milimetre ötede bozunuyor ve doğrudan gözlenemiyorlar Nötrinolar da keza gözlenemiyor Fakat elektronla muon, belirlenebiliyor

Ağır bir lepton bozunduğunda, ortaya çıkan parçacıklardan birisi daima, kendi nötrinosu oluyor Diğer parçacıklar ise; ya bir kuarkla karşıtı; ya da daha hafif bir leptonla, bu leptonun karşıtnötrinosu olabiliyor Öte yandan, bazı lepton bozunmaları hiç gözlenemiyor Bu; bazı lepton bozunmaları mümkün iken, diğerlerinin imkansız olması gerektiğine işaret ediyor
Bu durumu açıklamak için leptonlar, ikişer elemanlı üç aileye ayrılıyor: Elektron ve nötrinosu, muon ve nötrinosu, tau ve nötrinosu Herhangi bir leptonun hangi aileye ait olduğunu ve hangi diğer ailelere ait olmadığını belirtmek için, birer sayı kullanılıyor: Elektron sayısı, muon sayısı, tau sayısı Şöyle ki;

• elektron sayısı; elektron ve elektron nötrinosu için +1, pozitron ve elektron karşıtnötrinosu için -1, tüm diğer leptonlar için 0,
• muon sayısı; muon ve nötrinosu için +1, karşıt muon ve muon karşıtnötrinosu için -1, tüm diğer leptonlar için 0,
• tau sayısı; tau ve nötrinosu için +1, karşıt tau ve tau karşıtnötrinosu için -1, tüm diğer leptonlar için 0 oluyor

Lepton bozunmalarıyla ilgili önemli bir saptama şu: Ağır bir lepton daha hafif leptonlara bozunduğunda; elektron, muon ve tau sayılarının toplamları daima korunuyor
Örneğin bir muon bozunduğunda; muon nötrinosu, bir elektron ve elektron karşıtnötrinosuna dönüşür:

Dikkat edilecek olursa burada; bozunma öncesindeki elektron sayısı, bozunma sonrasındaki elektron sayılarının toplamına eşit ve aynı durum, muon ve tau sayıları için de geçerli Bu ve benzeri diğer korunum yasaları, herhangi bir lepton bozunma şemasının mümkün olup olmadığını belirliyor

Örneğin,




bozunmasında muon yok Dolayısıyla, muon sayısı her iki tarafta 0 Tau sayısı iki tarafta da +1 Elektron sayısı sol tarafta 0, sağ tarafta; +1+(-1)=0 Bu üç sayı korunuyor Sol tarafta muonun elektrik yükü -1, sağ tarafta ise elektronunki -1: Korunuyor Öte yandan; sol taraftaki muon, sağ taraftaki leptonlardan daha ağır: Kütle ve enerji de keza korunuyor O halde bu bozunma mümkün oluyor



Burada ise, elektrik yükü korunuyor Öte yandan, tau muondan ağır: enerji korunabilir Bozunma öncesi ve sonrasında elektron yok Dolayısıyla, elektron sayısı her iki tarafta 0 Tau sayısı sol tarafta +1, sağ tarafta da +1 Bunların hepsi korunuyor Fakat muon sayısı; sol tarafta 0, sağ tarafta ise +1: korunmuyor Bu bozunma mümkün değil

Bu bozunmada elektrik yükü korunuyor Elektron sayısı; sol tarafta elektron, sağ tarafta da elektron nötrinosu nedeniyle +1 Muon sayısı; sol tarafta 0, sağ tarafta ise, muon ve muon karşıtnötrinosu nedeniyle; +1+(-1)=0 Her iki tarafta da tau bulunmadığından, tau sayısı da korunuyor Fakat; elektron muondan çok daha hafif olduğundan, enerji korunamıyor Bu bozunma imkansız
Parçacık bozunmalarında sadece lepton sayıları korunmuyor Baryonların da korunan bir sayısı var

Bir sistemin baryon sayısı, sistemdeki kuarkların sayısıyla karşıt kuarkların sayısı arasındaki farkın üçte biri olarak tanımlanıyor Bu tanım, sistemin toplam renk yükünün sıfır olması gereğinden kaynaklanıyor Sıfır renk yükü, örneğin, belli bir renk yüküne sahip bir kuarkla, bu rengin karşıtına sahip bir karşıt kuarkı bir araya getirmekle elde edilebilir Ki bu durumda, baryon sayısı 0 olan bir mezon elde edilmiş olur Veya, bir nötron ya da protonda olduğu gibi, renk yükleri farklı üç kuark bir araya gelerek, sıfır renk yüküne sahip bulunan ve baryon sayısı +1 olan bir system verir Renk yükleri farklı üç karşıt kuarkın oluşturduğu bir 'karşıt parçacık'ın baryon sayısı ise -1'dir Bir diğer olasılık, dört kuark ve bir karşıt kuarktan oluşan 'pentakuark'tır Ki bunun da baryon sayısı +1 olur Kuark veya karşıt kuark içermeyen parçacıkların baryon sayısı 0'dır
Baryon sayısı tarihsel olarak, kuarkların keşfinden önce tanımlanmış bir sayı ve korunumu aslında, kuark sayılarının korunumuna karşılık geliyor Dolayısıyla, baryon sayıları yerine kuark sayılarının korunumundan söz etmek daha doğru bir kullanım
Bu ve benzeri korunum ilkelerinin yanında, fiziksel olayların sağlaması beklenen başka koşullar da var Çünkü örneğin, fizik yasalarının bazı açılardan simetrik olması beklenir İyi güzel de, aslında hepimizin az veya çok tanışık olduğu, bu 'simetri' dediğimiz şey nedir?