Temel Parçacıklar > Dört Tür Etkileşim

Dört Tür Etkileşim Doğada dört tür etkileşim veya dört çeşit kuvvet var:

• güçlü,
• elektromanyetik,
• zayıf,
• ve kütleçekimi

Bildiğimiz tüm diğer kuvvetler bu dört temel kuvvetin; atom ölçeğindeki şiddetli işleyiş veya mücadelelerinin, bizler gibi büyük cisimlere yansıyan hafif kalıntılarından oluşuyor
Peki nedir bu etkileşim, kuvvet dediğimiz şey?

Kuvvet, iki parçacık arasındaki itme veya çekmenin varlığını ve güçlülük düzeyini betimliyor Ancak genellikle, örneğin dünyanın kütlesiyle ayı çektiğini söylenir, fakat bunu nasıl becerdiğinden pek söz edilmez Onca mesafeyle ayrılmış bulunan bu iki kütlenin birbirini çekmesi, bir bakıma 'uzaktan eylem' niteliği taşır ve çoğu zaman bir sır perdesinin ardında kalır Keza, benzer elektrik yüklerinin birbirini uzaktan itmesinde veya zıt yüklerin çekmesinde de öyle Halbuki arada bir, 'etki taşıyıcı' aracının olması gerekir

Örneğin; elinde bir top bulunan birisi, bu topu bir arkadaşına doğru fırlatsa; arkadaşı topu yakaladığında, geriye doğru biraz sendeler; hatta zemin sürtünmesizse eğer, belli bir hızla gerilemeye devam ederdi Sürtünmesiz zeminde, topu atan da atarken geriye doğru biraz kaymış, dolayısıyla bu iki kişi birbirinden bir nebze uzaklaşmış olurdu Topu veya topları yakalayıp yakalayıp birbirlerine atıp dursalar; zemin üzerindeki bu 'birbirinden uzaklaşma' olayı, ivmelenerek devam ederdi: Sanki birbirine karşı bir itme kuvveti uyguluyorlarmış gibi Uyguluyor da olurlar aslında Momentum alışverişi yapıyorlar çünkü, kuvvet de bunun hızı; yani zamana göre türevi
Gerçi; eğer topların kütlesi negatif olabilseydi, bu top örneği itme kuvveti için de kullanılabilirdi Çünkü aynı oyunu böyle toplarla oynamak; negatif, yani zıt yönde momentum alışverişi anlamına gelirdi Fakat bilindiği kadarıyla, negatif kütle diye bir şey yok Dolayısıyla itme kuvvetinin işleyişi, arzu edildiği takdirde, birbirine kement atıp çekiştiren iki kişinin etkileşimine benzetilebilir Fakat temel veya diğer tüm parçacıklar, top örneğinde olduğu gibi, 'kuvvet taşıyıcı' parçacıkların alışverişiyle etkileşiyorlar

Parçacıklar arasındaki olası dört tür kuvvete veya etkileşime vücut veren, dört çeşit 'kuvvet taşıyıcısı' parçacık var;

• güçlü etkileşim; 8 gluon,
• elektromanyetik etkileşim; foton,
• zayıf etkileşim; W+, W- ve Z0,
• kütleçekimi; graviton denilen parçacıklar tarafından taşınıyor

Bu aşamada şu noktayı hemen vurgulamak gerekir: Bütün parçacıklar kütleçekiminden etkilenir Kütle ile enerjinin eşdeğer olması nedeniyle bu beklenen bir durumdur Ancak bunun dışında; temel veya karmaşık, herhangi bir parçacık, ancak ve ancak, taşıdığı yüklerin türleriyle ilgili kuvvet taşıyıcısı parçacıkları salabilir veya soğurabilir Yani ancak, taşıdığı yüklerin türleriyle ilgili olan etkileşimlere girebilir veya o türden kuvvetler tarafından etkilenebilir Bu cümlenin çifte olumsuzu da doğru: Taşımadığı yüklerle ilgili etkileşimlere giremez veya o tür kuvvetler tarafından etkilenemez
Örneğin, nötrinolar elektrik yüküne sahip olmadıklarından, foton salamaz veya soğuramazlar Dolayısıyla, elektromanyetik etkileşimlere giremez, yani elektromanyetik alanlar tarafından etkilenemezler Renk yükleri olmadığı için, gluon salıp soğuramaz, bu yüzden güçlü kuvvetten de etkilenmezler Gerçi zayıf etkileşim aracılığıyla birbirlerine dönüşebilirler Öte yandan, çok küçük de olsa kütleleri vardır: Graviton salıp soğurabilir ve kütleçekiminden etkilenebilirler Aslında kütleleri sıfır olsa dahi, ki bazı nötrinoların kütlesiz olduğu sanılıyor; enerji taşıdıkları için gravitonla etkileşirler Ama bu çok güçsüz bir etkileşimdir ve bu yüzden de nötrinoların gözlenmeleri çok zordur

Kuvvetlerin, şiddet ve erimleri farklı Bir kuvvetin şiddeti; taşıyıcı parçacığının taşıdığı enerji miktarı veya kütle ile, o kuvvetten etkilenebilen parçacığın, taşıyıcı parçacıkla etkileşime girme olasılığına bağlı Kuvvetin erimi (menzil) ise, kaynağının civarındaki etki alanını belirleyen bir uzunlukla veriliyor Yukarıdaki tablodan görüldüğü üzere, güçlü kuvvetten kütleçekimine doğru; şiddet azalırken, erim artıyor Bu nedenle evrenin, çekirdek boyutlarındaki küçük ölçekli 'mikro' yapısını, şiddeti büyük ve fakat erimi küçük olan güçlü kuvvet yönetiyor Bu küçük ölçekte, sırasıyla elektromanyetik ve zayıf etkileşimler, ikincil de olsa önemli bir rol oynayabiliyor Şiddeti zayıf etkileşiminkinden bile daha zayıf olan kütleçekiminin ise, bu mikro ölçekteki etkisi, yok denecek kadar az Fakat erimi sonsuz olan bu kuvvet, evrenin yıldızlar ve galaksiler gibi büyük ölçekteki yapısını belirliyor İki ölçek arasındaki bağlantıyı sadece, elektromanyetik kuvvet kurabiliyor

Kuvvet, iki parçacık arasında ve kuvvet taşıyıcı parçacıklar aracılığıyla yer alan etkileşmenin ölçüsü Dolayısıyla, bu terimi kullanmak için, en az iki parçacığın varlığı gerekiyor Halbuki bazen bir parçacık kendi halinde durur veya hareket ederken, kendi dışındaki hiçbir parçacığın etkisi olmaksızın, bozunup farklı parçacıklara dönüşüyor Veya karşıt parçacıklar bir araya geldiklerinde, birbirini yokediyor Bu olayların sorumlusu da keza, kuvvet taşıyıcı parçacıklar Etkileşim, kuvvete ek olarak bu olayları da kapsayan, daha genel bir kavram veya terim Fakat kuvvet ve etkileşim sözcükleri genellikle eşanlamlı olarak kullanılıyor Bunu hepimiz yapabiliriz, yeter ki aradaki farkın farkında olalım
En hafif nesli oluşturan I neslin üyeleri olan iki kuarkla iki lepton; yani yukarı ve aşağı kuarkla, elektron ve nötrinosu; yalnızca bu dört parçacık; söz konusu dört etkileşimin aracılığı veya dört kuvvetin etkisiyle, daha üst düzeyde karmaşık, 'görünür madde parçacıkları' oluşturuyor Veya yine bu dört kuvvetin etkisiyle; birbirlerine bozunabildikleri gibi, karşıtlarıyla bir araya geldiklerinde birbirini yok edebiliyor Oluşturdukları görünür madde parçacıklarının da birer karşıt madde parçacığı var ve bu karşıt parçacıklar, ilgili kuark veya leptonların karşıtlarından oluşuyor Karşıt parçacıklar, tıpkı madde parçacıkları gibi davranıyor; fakat onlarla kütle ve spinleri aynı iken, elektrik yükleri zıt işaretler taşıyor Dolayısıyla elektrik yükü nötür olan bazı karmaşık parçacıklar, kendi kendilerinin karşıtı olabiliyor vs
Fakat evrende karşıt madde yapıları gözlenemiyor ve dolayısıyla bu aşamada: Madde ve karşıt madde, birbirine zıt olmakla beraber, tam olarak eşit olduğuna göre; "evrende niye karşıt maddeye oranla bu kadar daha çok madde var?" diye sorulabilir Bu sorunun henüz tatmin edici bir yanıtı yok Ancak söz konusu durumun; evrenin ilk oluşumu sırasındaki parçacık üretimi süreçlerinin, termodinamik denge durumu civarında yer alan salınımlar nedeniyle, üçlü kuark gruplarından oluşan baryonlar lehine gelişmiş olmasından kaynaklandığı sanılıyor

Görünür ve karşıt madde ayırımını bir an için kenara bırakırsak, daha kapsamlı bir ifadeyle; kuarklarla leptonlar ve karşıtları, sözkonusu dört kuvvetin etkisi veya dört etkileşimin aracılığıyla; bozunup birbirine dönüşüyor, karşıtlarıyla birbirini yok ediyor veya bir araya gelip, daha üst düzeyde karmaşık, 'görünür veya karşıt madde' parçacıkları oluşturuyorlar Karmaşık parçacıklar da keza, bu dört kuvvetin etkisiyle; bir arada duruyor, bozunuyor veya karşıtlarıyla bir araya geldiklerinde, birbirlerini yok edip saf enerjiye dönüşüyorlar

Sonuç olarak, yıldızlardan galaksilere kadar evrendeki tüm görünür madde yapıları; iki kuarkla iki leptonun vücut verdiği karmaşık, 'görünür madde' parçacıklarından oluşuyor; kuvvet taşıyıcı parçacıkların sağladığı etkileşimlerin aracılığıyla bir arada duruyor, bozunuyor veya yok oluyor Görünür evrenin sergilediği o görkemli dinamizm bundan ibaret: Bu kadar basit veya karmaşık!
Şimdi dört kuvvete biraz daha yakından bakalım