Kuantum Fiziğine Giriş 2

Hadrons, Baryons, and Mesons
Aile üyesi sosyal filler gibi, quarklar hiçbir zaman yanlız olmazlar ve diğer quarklarla birlikte görülürler. Quarklardan oluşan birleşik parçacıklara HADRON denir.


Tek tek quarkların yükleri kesirli olmakla birlikte, birarada hadron oluşturduklarında net elektrik yükleri tam sayıdır. Hadronların diğer bir özelliği ise net renk yükleri yoktur. Quarkların tek tek renk yükleri vardır. İki çeşit Hadron grubu vardır.

...Üç quark’dan oluşan Hadron’lardır (qqq).

İki yukarı quark ve bir aşağı quark’dan oluşan (uud), protonlar Baryondur. Aynı şekilde neutron’larda (udd) Baryondur.
...Tek bir quark (q) ve tek bir antiquark ( ).

Örnek, pion ( +), yukarı quark ve bir aşağı anitiquark’dan oluşur. Mezon parçacık ve anti-parçacıkdan oluştuğu için dengesizdir. Kaon (K-) mezonu diğer mezonlardan çok daha uzun ömürlü olmasıyla ‘tuhaf’ quarklara ismini vermiştir.
Diğer tür madde parçacıkları lepton’lardır.
Üçü elektrik yüklü, üçü yük taşımayan altı lepton vardır. İç yapısı olmayan nokta cinsi parçacıklardır. En iyi bilinen lepton electron (e-) dur. Diğer elektrik yüklü ama aşırı kütleli iki lepton muon( ) ve tau( )dır. Diğer üç lepton ise elektrik yükü olmayan, çok küçük kütleli ve gözlenmesi çok zor olan neutrino ( ) lardır.
Quarklar son derece sosyaldır ve sadece diğer quarklarla birlikte birleşik halde görülür. Oysa, leptonlar tek başına parçacıklardır.
Varlığı gözlenmeyen elektrik yüklü leptonları kediye ait nötrino böceği gibi düşünebilirsiniz. Her lepton için anti-maddesi anti-lepton vardır (anti-elektron için özel isim ‘pozitron’)

Daha kütleli olan muon ve tau sıradan maddelerde görülmez. Zira, üretildikleri andan itibaren hızla çözünürler yada daha hafif leptonlara dönüşürler. Bazen, bir tau leptonu quark’a, anti-quark’a yada tau nötrino’ya dönüşebilir. Elektronlar ve diğer üç çeşit nötrinolar stabildir ve her zaman gözlenebilirler.

Bir muon, muon nötrino’ya çözünürken, elektron, elektron antinötrino’ya çözünür.

Görüldüğü gibi, elektron, muon, and tau enerjileri korunmuştur.
Hangi lepton çözünümü mümkündür? Neden?

(Bir tau lepton elektrona çözünür, electron ise antinötrino ve bir tau nötrino.)
Cevap
Evet! yük, tau numarası, elektron numarası ve enerji. Hepsi korundu.

(Bir tau lepton, muon ve tau nötrinoya çözünür.)
Cevap
Hayır! Muon numarası korunmadı. Bir muon’un numarası . Denklemin sağ tarafında muon numarası 1 ama sol tarafta 0
Diğer bir soru:

(Bir electron, bir muon, bir muon antinötrino, ve bir elektron nötrinoya çözünüyor.)
Cevap
Hayır! Sürpriz! elektron ve muon numaraları korunmasına rağmen, enerji korunamadı. Muon kütlesi elektrondan çok daha fazladır ve bir lepton kendisinden daha kütleli bir parçacığz çözünemez.!
Neutrinos
Nötrinolar da leptondur.elektrik yükleri olmadığından diğer parçalarla reaksiyona girmezler. Nötrinoların çoğu hiçbir atom ile reaksiyona girmeden evreni biruçtan diğerine geçerler.
Nötrinolar diğer parçacıkların çarpışmasından ortaya çıkarlar, özellikle çözünmelerden. Nitekim, radyoaktif çözünmelerde nötrino varlığı teorik fizikçiler tarafından hep düşünülmüştür.
Örnek: (1) Radyoaktif bir çekirdek çözünerek bir proton ve electron oluşturur.


Soru:
Proton neden yapılmıştır?
Cevap
Protonlar iki yukarı ve bir aşağı quarkdan oluşur ve uud olarak ifade edilir.
Elektron neden yapılmıştır?
Cevap
Hiçbirşeyden! Bildiğimiz kadarıyla electron temel parçacıktır.
Aşağıdakilerden hangisi quarklardan yapılmıştır?
Baryonlar?
Cevap
Evet, üç quarkdan yapılmıştır.
Mesonlar?
Cevap
Evet, bir quark ve bir anti-quarkdan yapılmıştır.
Baryonlar?
Cevap
Evet, amcanın kızıda quarklardan yapılmıştır.

Maddenin jenerasyonları
________________________________________
Dikkat edilirse, hem quarklar hemde leptonlar üç ayrı set şeklinde varolurlar. Quark ve lepton yüklerine göre her bir set maddenin jenerasyonu olarak bilinir (jenerasyonda aşağı gidildikçe yükler +2/3, -1/3, 0, and -1). Jenerasyonlar kütle artışına göre organize edilir.
Evrende görünen her madde birinci jenerasyon parçacıklarından yapılanır (yukarıquark, aşağı quark ve electron). Zira, diğer jenerasyonların parçacıkları son derece dengesizdir ve kolayca birinci jenerasyon parçacıklarına çözünerek denge ararlar.
Bir dakika, eğer 2 ve 3.cü jenerasyonlar kolayca çözünür ve etrafımızdaki dengeli (stabil) maddelere dönüşüyorsa, neden mevcudiyetleri var?
İyi soru!. Nitekim muon ilk keşfedildiğinde teorik fizikçilerde aynı soruyu sordular..


Öyleyse, neden maddenin jenerasyonları mevcut, neden üç ayrı set?
Bilmiyoruz. 2.ve 3.cü jenerasyonların neden var olduğunu anlamadıkça, henüz keşfedilmemiş yeni quark ve leptonların olabileceği savını gözardı edemeyiz. Belkide quarklar ve leptonlar temel parçacıklar değillerdir!.
Artık dünyamızın neden oluştuğunu biliyoruz. En temel madde parçacıkları altı quark ve altı lepton.

Düşünen heykelin dediği gibi ‘Herşey quark ve leptondan yapıldıysa işler kolay olmalıydı! Belkide doğru, ama biraz daha karmaşık. Hatırlayınız, quarklar hiçbir zaman tekbaşına gözlenemiyor. Sadece, Hadron denilen grup içinde gözleniyorlar ve her madde için anti-madde mevcut.
Parçacıkları birarada tutan nedir? Evrenin 4 kuvveti
Dünyanın quark ve leptonlardan oluştuğuna dair iyi bir fikrimiz olduğuna göre;
devam edecek...
Ateşan Aybars