Okunma: 282 kez

İkili kuark sistemlerinden oluşan mezonlar ailesi ise, sayıca 140 civarında. Hep; bir kuarkla, herhangi bir karşıtkuarktan oluşuyorlar. Örneğin pion parçacığı (π+), bir ‘yukarı kuark’ ile bir ‘aşağı karşıtkuarktan’ oluşan bir (y-ak) mezon. Yukarı kuarkın elektrik yükü +2/3, aşağı karşıtkuarkınki +1/3 olduğundan, pionun net yükü +1 oluyor. Renk yükü ise; sözkonusu yukarı kuark ile aşağı karşıtkuark, örneğin ‘mavi ve karşıt mavi’ gibi birbirinin karşıtı olan renk yüklerine sahip olduklarından; nötür. Spine gelince, bileşimdeki iki parçacığın 1/2 olan spinleri zıt yönlerde eşleştiklerinden, 0 oluyor. Spinlerden birinin diğerine paralel hale getirilmesi halinde bu parçacık, spini 1 olan daha ağır veya yüksek enerjili ro mezonuna (ro+) dönüşüyor. Çünkü atomlardaki elektronların spinlerinin yönlerini paralel hale getirmek birkaç elektron voltluk az miktarda enerji gerektirirken, kuark gruplarında bu işlem MeV’ler düzeyinde enerji gerektiriyor.

Pionun karşıt parçacığı (π-) ise, pionu oluşturan temel parçacıkların karşıtlarından, yani bir aşağı kuark ile bir yukarı karşıtkuarktan (a-yk) oluşuyor. Aşağı kuarkın elektrik yükü -1/3, yukarı karşıt kuarkınki -2/3 olduğundan, karşıt pionun toplam veya net yükü -1 oluyor. Aşağı kuark ile yukarı karşıtkuarkın renk yükleri birbirinin karşıtı olduğundan, renk yükü nötür. Spin ise, bileşimdeki iki parçacığın ½ olan spinleri zıt yönlerde eşleştiklerinden, keza 0 oluyor.

Mezonlar bir temel parçacıkla bir karşıt parçacıktan oluştuklarından dolayı, genelde çok kararsızdır ve hızla diğer parçacıklara bozunurlar. Ancak, bir garip ve yukarı karşıtkuarktan (g-yk) oluşan kaon (K-) mezonu, bu açıdan bir istisna oluşturuyor ve diğer mezonlardan çok daha uzun bir ömre sahip. Bu yüzden bir bakıma ‘garip’ davranıyor ve ‘garip kuark’a adını veren de kaonun bu özelliği.

Baryonlarla mezonlar birlikte, ‘hadronlar’ olarak anılıyor. Aynı kuark bileşimi, uyarılmış farklı enerji durumlarında olabiliyor ve yandaki şekilde görüldüğü gibi; çok kısa ömürlü, daha ağır parçacıklara vücut verebiliyor.

Bazı mezonlar, örneğin ηc mezonunu oluşturan cc’ ikilisinde olduğu gibi, birbirinin karşıtı olan kuarklardan oluşuyor. Bu durumda mezon, kendi kendisinin karşıt parçacığı oluyor.
Üstteki şekil baryon ve mezon ailelerini temsil ediyor. Baryonların üst kısmını oluşturan altıgenin ortasında iki baryon daha var. Nötron ve protonu içeren bu 8′li ailenin üyeleri için spin 1/2 iken, alttaki 10′lu baryon ailesinin üyeleri 3/2 spine sahip. Mezonlar için benzer şekilde, üstteki 8′li aile için spin 0, alttaki 10′lu aile için ise 1. Türk kuramsal fizikçisi Feza Gürsey’in, İtalyan meslektaşı L. Radicati ile birlikte önerdikleri SU(6) grup simetrisi bu spin değerlerini doğal bir şekilde açıkladığı gibi, örneğin 8 ve 10′lu baryon ailelerini bir süperaile içinde başarıyla birleştirerek, deneylerle de kanıtlanan birçok yeni ilişki ortaya koyuyor.

Bu aşamada dikkat edilecek olursa; baryon veya mezon aileleri farklı spin değerleri alabilirken, elektrik yükleri hep e’nin tamsayı katları oluyor. Renk yükü ise, hepsinde nötür. Bu son husus, yani renk yükünün nötür olması, aslında gözlemlenen bütün parçacıklar için geçerli. Yani gözlemlenebilir parçacıkların hepsinin nötür renk yüküne sahip bulunması veya nötürden başka renk yükününün ‘gözlenemez’ olması gerekiyor. Bu durum kuarkların; oluşturdukları parçacıkların içinde, diğer kuarklarla birlikte hapis olmalarından, yalnız başlarına dışarı çıkamamalarından kaynaklanıyor. Halbuki, örneğin nötron veya proton gibi bir hadronun içindeki kuarklar, çok yüksek potansiyel ve kinetik enerjilere sahipler. Hatta, hadronun kütlesinin %98′den fazlası, kuarkların bu enerjisinden oluşuyor…

Nasıl oluyor da kaçamıyorlar?…

Çünkü; nötron veya proton gibi bir hadronun içindeki kuarklar, sürekli gluon alışverişinde bulunuyorlar ve bu alışveriş, aralarında çok şiddetli bir güçlü kuvvet çekimine yol açıyor.

Kuarklardan biri diğerlerinden uzaklaşmaya kalkıştığında, diğerleriyle arasındaki güçlü kuvvet alanı, tıpkı lastik bir bant gibi geriliyor. Aradaki uzaklık arttıkça, kuvvet alanında, giderek artan miktarda potansiyel enerji birikiyor ve bu birikim belli bir düzeye ulaştığında; güçlü kuvvet alanının koparak, bir kuarkla bunun kaşıtından oluşan yeni bir kuark çiftine vücut vermesi, enerji açısından daha ekonomik oluyor. Çünkü alanda depolanmış olan potansiyel enerjinin bir kısmı, yeni kuarkların kütlelerine dönüşüyor ve böylelikle, aşırı gerilmiş olan güçlü kuvvet alanı, önceki durumuna göre rahatlıyor. Bu süreç sırasında enerji korunuyor ve sonunda, her iki kuarkın da yanında, birer başka kuark belirmiş olduğundan; kuarklar asla tek başlarına kalamıyor ve dolayısıyla, herhangi birinin taşıdığı renk yükü, yalın olarak gözlenemiyor.

Buna karşılık, güçlü kuvvet kuarklar birbirine yaklaştıkça zayıflayarak bildiğimiz 1/r2 kuvvetinden çok farklı davranıyor ve Gürsey-Radicati SU(6) simetisinin altında da zaten, güçlü kuvvetin bu garip özelliği yatıyor.

Bu durum, kuarkların tek başlarına bulunamamalarını gerektirdiği gibi; bir araya gelip parçacık oluşturan kuark gruplarının da, toplam renk yükü sıfır olan sistemlerle sınırlı kalmasını gerektiriyor. Örneğin nötür renk yükü ancak; ya üç farklı renk yükünün bir araya gelmesiyle, ya da herhangi bir renkle karşıtının birbirini nötürlemesiyle mümkün olabiliyor. Bu gruplaşmalar gördüğümüz gibi, baryonlarla mezonlara vücut veriyor. Fakat Standart Model, toplam renk yükü sıfır olduğu sürece, daha kalabalık kuark gruplarına da izin veriyor; örneğin 4′lü, 5′li ve hatta daha fazla sayıda kuark barındıran grupların varlığını mümkün kılıyor. Nitekim 2003 yılında, dörtlü ve beşli kuark sistemleri (tetrakuark ve pentakuark) gözlemlenmiş durumda. Fakat toplam renk yükünün nötürlüğünü sağlayamayan; örneğin k, k-k, k-k-kk ve pek çok diğer kuark kombinasyonuna sahip parçacık, doğada görülmüyor.

Peki; kuarklar üçlü diziler halinde baryonları, ikililer halinde mezonları, dolayısıyla tüm hadronları oluşturuyor:

Hadronlar(Yunaca güçlü, kuvvetli) güçlü kuvveti hissederler. Bu yüzden yakınlarındaki bir hadrona karşı duyarlıdırlar. Denebilir ki hadronlar,leptonlardan çok “büyüktür”. Aralarındaki uzaklık bir fermiden (10

“Acayiplik” terimi tam yerinde bir sözcük: proton,nötron ve pion gibi “sıradan” parçacıkların acayiplikleri sıfırdır. Kaon ve lambda gibi parçacıklara birer sayı verilebileceğini ve bunların toplamının parçacıklar çarpıştıklarında korunacağını Gell-Mann keşfetti ve bu sayılar için “acayiplik” sözcüğünü önerdi. I
-13 cm) daha küçük olan iki hadron birbirinin hareketini etkiler;yani etkileşirler. Bu söylenenler leptonlar için hiç de doğru değil. 1970’e gelindiğinde hadronların iç yapılarının oldukça karmaşık olduğu yeterince açıktı. Oysa leptonlar, “noktasal parçacık” olarak algılanıyordu. Bir hadron bir bakıma bazı gizemli maddelerden yapılmış bir top gibidir.Hadronların mezonlar ve baryonlar (Yunanca ağır) olarak alt kısımlara ayrılması başlangıçta bunlar arasındaki kütle farkına dayanıyordu: Mezonların kütleleri genellikle leptonlarla baryonların kütleleri arasında bulunmaktadır. Kütle tek başına bu parçacıkların doğası hakkında her şeyi belirtmez;spine de bakmak gerekir. Spin tam sayı ise parçacık bir mezondur; spin tam sayı artı yarım ise bu takdirde bir baryonumuz( ya da bir karşıbaryon) var demektir. Bununla birlikte,daha da önemlisi,temel parçacıklar arasındaki tüm olaylarda baryon sayısı eksi karşıbaryon sayısı daima sabit kalır. Bir şekilde “ baryon sayısının” korunmuş olduğunu söyleriz.Hadronlar birbirleriyle çarpıştıkları zaman başka cins “yüklerin” de sabit kalacağı düşünülebilir. Bu durumda bir “korunum yasasından” söz ederiz. Bu tür yüklerden birisi,”acayiplik” yüküdür. Çoğu parçacığın sabit bir acayiplik yükü vardır. A ve B parçacıkları çarpıştıktan sonra ortaya C ve D parçacıkları çıkmışsa,böyle bir çarpışma olayı yalnızca,A ve B’nin acayiplik yüklerinin toplamının,C ve D’nin acayiplik yüklerinin toplamına eşit olduğu zaman gözlenir. Aynı şekilde A ve B’nin toplam enerjisi C ve D’nin toplam enerjisine eşittir ve her parçacığın momentumu (kütlexhız) da birbirine eşittir. Enerjinin korunumu,momentumun korunumu ve acayipliğin korunumu gibi korunum yasaları parçacık fiziğinde hayati bir rol oynar.3 sembolü ile gösterdiğimiz “izospin” denilen bir büyüklük daha var. “İzospin terimi garip gelebilir;aslında bu terim dönme hareketinin ya da “spinin” korunumunu hatırlatan korunum yasasının matematiksel yapısından (s: 50) kaynaklanmaktadır. İzospine göre proton ve nötron “nükleon” adı verilen tek bir parçacık gibi ele alınır. Ancak proton ve nötron “izospin uzayı” denilen bir “iç” uzayda zıt yönlerde dönmektedir. Size bunlar gizemli gelebilir,ancak bu benzetme bir matematikçiye bu parçacıkların simetrileri hakkında yeni anlayışlar kazandırır. Nükleonu izospin uzayında değişik eksenler etrafında döndürebilir ve buradan başka ilk korunum yasası, elde edebilirsiniz. Acayiplik ve izospin sayıları, her zaman aynı kalmaz. Çünkü çoğu bozunma olayından zayıf kuvvet sorumludur ve zayıf kuvvet bu korunum yasalarına uymaz. Elektromanyetik kuvvet de izospini korumaz.

Etiketler:  

Bilimler
Fizik
Hadronlar

Sadece kayıtlı kullanıcılar yorum yazabilirler.
Lütfen hesabınıza giriş yapınız veya kayıt olunuz.

---