Tanecik Fiziği - Parçacık Fiziği-çekirdek Fiziği-maddenin Temel Bileşenlerinin özelli

Tanecik fiziği - parçacık fiziği-çekirdek fiziği-maddenin temel bileşenlerinin özelliği




Tanecik fiziği ( «parçacık fiziği
Kökeni, atomun ve merkezindeki çekirdeğin mekanizmasının açıklanmasıyla sonuçlanan araştırmalardır Günümüzde yürütülen çalışmalarda, atomu oluşturan tek tek tanecikler ve TANECİK HIZLANDIRICILARI'nda yapılan deneylerde ortaya çıkarılan yeni tür tanecikler incelenmektedir

Tanımlanabilen tanecik türlerinin sayısı 200 dolayındadır Bu sayı karşı tanecikleri de kapsar Karşı tanecikler kütle bakımından öteki taneciklerle özdeştir, ama başka özellikleri bakımından karşıtlıklar gösterirler Sözgelimi, bir elektron eksi gerilimle yüklü bir elektrot tarafından itilir, oysa bir karşı elektron (pozitron), aynı elektrot tarafından çekilir Bunun nedeni, elektronun eksi yük, pozitronunsa artı yük taşımasıdır

Tanecikler, kütle bakımından birbirinden ayrılırlar Sözgelimi, fotonlar (ışık taneciği,) kütlesizdir, yalnızca enerji taşırlar N ve Z harfleriyle gösterilen ve kütleleri PROTON ve NÖTRON'dan üç kez daha büyük olan tanecikler de vardır Taneciklerin, elektrik yükleri (artı, eksi) ve dönüleri (spin) gibi ölçülebilir özellikleri vardır Tanecikler birbirleriyle etkileşime girdikleri zaman, sonuçta ne olacağını bazı «korunum yasaları

Tanecik etkileşimleri arasında büyük farklar bulunmuş ve tanecik özelliklerini denetleyen dört kuvvet tanımlanmıştır: Güçlü kuvvet; elektromagnetik kuvvet; zayıf kuvvet; çekimsel kuvvet Şiddetleri çok farklı olan bu kuvvetler, birbirindsn kolayca ayırt edilebilir Elektromagnetik kuvvet güçlü kuvvetten yüz kez, zayıf kuvvet milyar kez, çekimsel kuvvet de milyon kez daha küçüktür
Aşağıda bu kuvvetler tanımlanmış ve bu sınıflara giren tanecikler verilmiştir Güçlü kuvvete duyarlı olan taneciklere 'kadron' zayıf kuvvete duyarlı olanlara da "lepton" adı verilir Elektrik bakımından yüklü olanlar elektromagnetik kuvvete, kütlesi olan her tanecik de çekimsel kuvvete duyarlıdır

Çekimsel kuvvet:

Çekimsel kuvvet, kütlesi olan iki tanecik arasında bulunur ve Newton'un düşen bir elmadan esinlenerek çıkardığı yasayla tanımlanır Bu kuvvet, Dünya ve öteki gezegenlerin Güneş çevresindeki yörüngelerinde dönmelerini denetler Çekim kuvveti, yalnızca çeken bir kuvvettir İki kütle birbirini çeker, hiç bir zaman itmez Bu kuvvetin değeri, kütlelerin çarpımının aralarındaki uzaklığın karesine bölümüyle orantılıdır

Gök cisimleri ele alındığında büyük bir güç olarak ortaya çıkan çekim kuvveti, tek tek tanecikler söz konusu olduğunda sezilmeyecek kadar küçüktür ve çoğunlukla öteki kuvvetler tarafından gölgelenir

Elektromagnetik kuvvet:

Elektromagnetik kuvvet, elektrik yükü taşıyan bütün tanecikler arasında bulunur Elektrik ve magnetizma olaylarında yeralır Atom içinde, eksi elektronun artı çekirdek çevresindeki dolanımını denetler ve böylece atom hareketlerinin kaynağını oluşturur Karşıt yüklü taneciklerin birbirini çekmesini, aynı yüklü taneciklerinse birbirini itmesini sağlar Elektromagnetik kuvvetin değeri de, çekimsel kuvvete benzer biçimde, iki yükün çarpımının, uzaklığın karesine bölümüyle orantılıdır

Elektromagnetik kuvvetin etkinliği ve işlevi, kuvantum elektrodinamiği kuramında tanımını bulmaktadır Buna göre, her taneciğin çevresi bir foton bulutuyla sarılıdır Söz konusu bulut, ışUsta olduğu gibi kütlesiz bir enerji paketidir

Tanecikse, sürekli olarak bu fotonları dışa doğru fırlatmakta, sonra da kendine doğru çekip yakalamaktadır Eğer bir foton başka bir fotonla karşılaşırsa etkileşim başlar (sözgelimi, karşıt yüklüyseler birbirlerini çekerler)

Foton yardımıyla bir tanecik, ikinci bir taneciğe mesaj iletmektedir Foton bulutunun yoğunluğu, taneciğe yakın yerlerde yüksek, dışa doğru düşüktür Bu, elektromagnetik etkileşimin uzaklıkla azaldığını ortaya koyar
Kuvantum elektrodinamiğinin geçerli bir kuram olduğu söylenebilir Bu kuram deneyle de kanıtlanabilir Çünkü, yüklü taneciğin çevresinde bulunan foton bulutu, tanecik özelliklerini biraz değiştirir Küçük değişimler ölçülmüş ve milyonda birkaç hatayla kuvantum elektrodinamiği kuramında öngörülen değerlsr bulunmuştur Kuram, küçük çaplı olayları açıklamak için geliştirilmiş olmasına karşın, başka elektromagnetik kuvvetlerin saptanmasında da başarılı sonuçlar vermiştir Tanecikler arası uzaklığın, atomsal ölçekte ya da uzaysal boyutlarda olması fark etmemektedir

Güçlü kuvvet:

Güçlü kuvvet, hadronlar arasında ortaya çıkar Atom çekirdeği içinde işlevini sürdürür Elektromagnetik kuvvetin artı yüklü protonları birbirinden uzaklaştırmaya çalışmasına karşı, proton ve nötronları bir arada tutar Bu kuvvetin etkisi, ancak atom çekirdeği ölçeğindeki uzaklıklarda (yani 10-"J cm düzeyinde) duyulabilir Bu özellik, öteki hadronların, nükleer hacme girmedikçe neden çekirdek tarafından çekilmediklerini açıklar

Güçlü kuvvetin, "mezon" adı verilen taneciklerin yer değiştirmesi sonucu ortaya çıktığı düşünülmektedir En çok tanınan mezon, pi mezonudur (ya da pion) Bir hadron, varlığını başka bir hadrona duyurmak için, bir pion değiş tokuşunda bulunur Bu durum, yüklü taneciklerin foton değiştirmesine benzer Bununla birlikte, pionun bir kütlesi vardır (protonunki-nin dörtte biri kadar) ve hadronun çok yakınına gelip kaldığından, güçlü kuvvet, tanecikten uzaklarda pek etkili değildir


Hızlandırıcılarda, çeşitli hadron ve mezonların bulunması, yukarda verilen yalın açıklamalara çelişkili bir durum getirmiştir Yüksek enerjilerde hızlandırılmış tanecikler başka taneciklerle çarpıştıklarında, varlıkları önceden bilinmeyen bazı yeni tanecikler ortaya çıkmaktadır Bunların tümü, güçlü kuvvetin etkisi altında bulunmaktadır 1960 yıllarının başlarında çekirdek fizikçileri, yeni tanecikler bulmaya başlamışlar, ama bunların doğadaki işlevleri ve varlıklarının nedeni anlaşılamamıştır

Zamanla,tanecik özellikleri ortaya çıkarıldıkça, bunlar arasında kimyasal elementlerdeki gibi bir düzen bulunduğu ortaya çıkmıştır
Tıpkı atom yapısının peryodik çizelgedeki ilişkileri belirlemesi gibi, hadronların yapısı da, bunların birbiriyle ilişkisini düzenlemektedir Benzer özellikler taşıyan sekiz-on tanecik, hadron gruplarını oluşturur Bu gruplaşmanın nedeni de, "kuark" adı verilen ve çeşitli düzenlemelerle hadronu oluşturan daha temel nesnelere bağlanmaktadır

Son yıllarda proton ve nötronlardan yüksek enerjili, farklı tiplerde taneciklerin koparıldığı bir dizi deney yapılmıştır Bu çalışmaların amacı, XX yüzyılın başında, Rutherford'un yaptığı ünlü deneye benzer Rutherford, atomdan tanecikler koparmış, böylece merkezde çekirdek adı verilen bir bileşenin varlığını ortaya koymuştur Taneciklerin proton ve nötronlar üstüne saçılması, hadronlar içinde üç küçük taneciğin (büyük bir olasılıkla kuark) varlığını göstermektedir Böylece, maddenin temel yapısı diye nitelendirilen bileşenlerin, gerçekte daha yalın cisimlerden oluştuğu anlaşılmaktadır

Ancak, günümüzde deneysel yoldan, hadronlar içinde bulunan kuarkları açığa çıkarmak olanaklı değildir Güçlü kuvvetin etkisinde bulunan taneciklerin özellikleri kuark kavramıyla açıklanabilmekteyse de, varlıkları, deneylerle kanıtlanamamıştır

Zayıf kuvvet:

Zayıf kuvvet, taneciklerin parçalanıp başka taneciklere dönüşmesi sırasında ortaya çıkar Tanecik dönüşümü için geçen süre saniyenin milyarda biri düzeyindedir Bu tanecik etkileşim süresine göre çok uzun bir zamandır ve söz konusu kuvvetin zayıflığını gösterir Bilindiği kadarıyla, bu kuvvetin etkisi tanecik içiyle sınırlıdır, dışarıya taşmaz

Yüksek enerjili hızlandırıcılar geliştirilmeden önce, zayıf kuvvet konusundaki bilgiler, çekirdek parçalanması sırasındaki gözlemlere dayanmaktaydı Burada özellikle nötronun proton ve elektronlara parçalanmasına bağlı beta bozunması dikkat çekiciydi Gözlemlerde, elektronun değişik enerjilerde ortaya çıktığı izlendiğinden, enerjinin geri kalan bölümünü yutan başka taneciklerin var olması gerektiği düşünüldü Bu görünmez taneciğe «nötrino Zayıf kuvvet altındaki tanecikle yapılan deneyler, doğa konusunda önceden doğruluğuna inanılan pek çok düşünceyi çürütmüştür

Sözgelimi, 1950 yıllarında, çekirdeğin beta bozunması sırasında açığa çıkan elektronlar üstünde yapılan ölçmeler bir gerçeği ortaya çıkarmıştır Buna göre, elektronlar saat ibreleri yönünde dönmekte, görünmeyen nötrinolarsa saat ibrelerinin tersi yönünde dönmektedirler Bu olay şu gerçeği açığa çıkarır: Zayıf kuvvet etkisini gösterdiğinde, doğada bir doğrultu davranışı gözlenmektedir Oysa eskiden «sağ On yıl sonra, mezonların bozunumu sırasında daha ilginç bir gerçek ortaya çıkmıştır: Doğada, yalnızca doğrultu özelliği değil, ayrıca, zaman içindeki doğrultu kavramı da vardır Buna göre, zaman içinde geri gidilerek olayların yeniden yaşanabileceği düşüncesi (film şeridinin geriye döndürülmesi gibi) geçerliliğini yitirmiştir

Gözlenen zayıf kuvveti yeterli biçimde açıklayan bir kuram geliştirilmemiştir Bir kuramda açıklama, güçlü kuvvetteki pion değiş tokuşu ile elektromagnetik kuvvetteki foton değiş tokuşu gibi bir tanecik alış verişine dayandırılmaktadır Buna "ara bozon" ya da "W taneciği" adı verilmektedir Ama bu tür bir tanecik bulunamamıştır
Tanecik fiziğindeki en gizemli kuvvet, zayıf kuvvettir