Evrenin Oluşumu ve Atomaltı Parçacıklar
Büyük Patlama Teorisi
1929 yılında Edwin Hubble yaptığı araştırmada ışık saçan gök cisimleri ne kadar uzakta ise bu gök cisimlerinden gelen ışınların dalga boyundaki artışın (kırmızıya kayma) o kadar büyük olduğunu fark etti.
Kırmızıya Kayma Yasası olarak bilinen bu yasaya göre,
- Galaksiler birbirinden uzaklaşmaktadır.
- Evren her yönde genişlemektedir.
- Ancak galaksilerde genişleme olmaz.
Evrenin dışarıya doğru genişlediği fikrinden yola çıkan bilim insanları, evrenin belirli bir noktadan itibaren şişmeye başladığı ve bir başlangıcının olması gerektiği sonucuna ulaşmışlardır. Buna Büyük Patlama Teorisi adı verilir.
- Bu teoriye göre, evrenin bir başlangıcı vardır.
- Başlangıçta ne madde, ne uzay, ne zaman ne de boşluk bulunmaktadır.
- (It does not really makes sense. If there is no "time", things just cant move.)
- Bir hiçlik içerisinde bulunan neredeyse nokta kadar bir büyüklükte ve Güneş'in çekirdeğinden trilyonlarca kat daha sıcak olan saf enerji bundan yaklaşık 13,7 milyar yıl önce henüz bilinmeyen bir nedenle bir anda genişleyerek şişmeye ve soğumaya başlamıştır.
Evrenle ilgili farklı teoriler de bulunmaktadır. Süper simetri, süper kütle çekimi, süper sicim, süper zar ve M kuramı evrenin başlangıcı ile ilgili olan teorilerden bazılarıdır. Evrenin sonu ile ilgili teorilerden bazıları da büyük donma, büyük çöküş, büyük değişim, büyük parçalanma teorileridir.
Atom Altı Parçacıklar
Bilim ve teknolojinin gelişmesiyle günümüzde, atomun yapısında proton ve nötrondan daha küçük parçaların da olduğu tespit edilmiş ve bu parçacıklara atom altı parçacıklar adı verilmiştir.
Temel parçacıkları ve bu parçacıkların aralarındaki etkileşimlerinde etkili olan güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet, kütle çekim kuvveti ve elektromanyetik kuvveti açıklayan modele standart model denir.
- Standart modele göre parçacıklar fermiyonlar ve bozonlar olmak üzere iki gruba ayrılır.
- Fermiyonlar madde parçacıklarıdır. Hadronlar (kuarklardan yapılmış parçacıklar) ve leptonlardan oluşur.
- Bozonlar, madde parçacıkları arasındaki etkileşimlere aracılık eden kuvvet parçacıklarıdır.
- Standart modele göre evren; 6 çeşit kuark ve 6 çeşit lepton ile kuvvet taşıyıcıları olan bozonlardan oluşur.
Standart modele göre, parçacıkların gruplandırılması tablodaki gibi yapılmaktadır.
Elektromanyetik ve zayıf etkileşim nobel ödülü Abdussalam, Sheldon Lee Glashow ve Stevan'a verilmiştir.
Fermiyonlar
Madde parçacıklarıdır. Bozonlar sayesinde birbiri ile etkileşerek maddeyi oluştururlar. Kuarklar ve leptonlar olmak üzere ikiye ayrılırlar.
Kuarklar
6 çeşit kuark bulunur. Bu kuarklar; yukarı(u)-aşağı(d), tılsım(c)-acaip(s), üst(t)-alt(b) şeklinde çiftler halinde adlandırılırlar.
- Kuarkların güçlü nükleer kuvvetin etkisiyle birleşerek oluşturduğu yapılara hadronlar denir.
- Hadronlar; baryonlar ve mezonlar olmak üzre ikiyi ayrılırlar.
- Üç kuarkın güçlü nükleer kuvvetin etkisiyle birleşmesinden oluşan yapılara baryonlar denir.
Proton ve nötron baryonlara örnek olarak verilebilir.
- Proton aynı zamanda kütlesi en küçük olan baryondur.
Bir proton 2 yukarı kuarktan ve bir aşağı kuarktan oluşur. Bunların yüklerini toplarsak; \(2/3 + 2/3 - 1/3\) den +1 yük elde edilir.
Benzer şekilde bir nötron da 2 aşağı kuark ve bir yukarı kuarktan oluşur. Bunların yüklerini toplarsak; \(2/3 - 1/3 - 1/3\) den 0 yük elde edilir.
Bir kuark ile bir antikuarkın birleşimiyle oluşan, iki kuarklı yapılara mezonlar denir.
Kararsız olup, kısa sürede bozulurlar. Pion ve Kaon mezonlara örnek olarak verilebilir.
Parçacık ve Antiparçacık
- Doğada her parçacığın bir anti parçacığı bulunur.
- Parçacıkla anti parçacığın kütlesi ve yük miktarı aynıdır.
- Parçacıkla, anti parçacığın arasındaki tek fark yük işaretlerinin zıt olmasıdır.
- Kuarkların anti parçacığına anti kuark denir.
- Elektronun anti parçacığı pozitrondur.
- Fotonun anti parçacığı fotondur.
- Anti parçacıklar ilgili parçacığın sembolü üstüne bir çizgi çizilerek gösterilir.
Nötrinolar, Enrico fermi tarafından 1930 larda teorik olarak bahsedilmiştir. 1956 da deneysel olarak keşfedilmiştir.
Leptonlar
Madde parçacıklarından ikincisi olan leptonlar, kuarklar gibi ikili ya da üçlü yapılar şeklinde değil, doğada serbest olarak bulunan parçacıklardır.
- Elektronlar ve nötrinolar bu parçacıklara örnek olarak verilebilir.
- Kuarktan yapılmış yapılara göre çok hafif parçacıklardır.
Bozonlar
Fermiyonlar arasında etkileşimi sağlayan dört temel kuvvetin taşıyıcısı olan parçacıklardır.
Doğada bilinen dört çeşit temel kuvvet vardır.
- Kütle çekim kuvveti, kütlesi olan tüm parçacıkların birbirini çekmesinden sorumludur. Kütleler arasındaki çekim kuvvetinin iletilmesine graviton adı verilen parçacık aracılık eder. Uzun menzilli bir kuvvettir. (Graviton henüz ispat edilememiştir)
- Güçlü çekirdek (nükleer) kuvvet (Yeğin kuvvet), en güçlü kuvvettir. Çekirdeğin bir arada dağılmadan durmasını sağlar. Bu kuvveti taşıyan parçacığa gluon adı verilir. Kuarklar arasında etkilidir. Kısa menzilli bir kuvvettir.
- Zayıf çekirdek (nükleer) kuvvet, kararsız çekirdeklerin bozulmasından, nötrinoların ve diğer lepton türlerinin çekirdek ile etkileşiminden sorumlu kuvvettir. Kısa menzillidir. Aracılık eden parçacıkları W ve Z bozonlarıdır.
- Elektromanyetik kuvvet, yüklü parçacıklar arasındaki Coulomb Kuvveti ile mıknatıslar arasındaki manyetik kuvvettir. Uzun menzilli olup, taşıyıcı parçacıkları fotonlardır.
Standart modeldeki parçacıkların bazıları kütleliyken bazıları kütlesizdir. Standart modele göre, tüm uzay Higgs alanıyla dolu olup madde parçacıkları olan fermiyonlar ile zayıf nükleer kuvvetin taşıyıcısı olan W ve Z bozonları Higgs alanıyla etkileşerek kütle kazanır.
Buna göre, foton ve gluon Higgs alanı ile etkileşmediklerinden kütlesizdirler. Higgs alanı ile etkileşimi Higgs bozonu sağlar.
2012 yılında CERN'de varlığı keşfedilmiştir.
Maddenin oluşumuna benzer biçimde antiparçacıkların bir araya gelmesiyle de antimadde oluşur.
- Bir parçacık ve onun karşıt parçacığı bir araya geldiğinde parçacıkların kütleleri enerjiye dönüşür. Buna yok olma tepkimesi adı verilir. Örneğin, elektron ve pozitron karşılaştığında birbirini yok ederek gama ışını yayar.
Benzer biçimde enerjisi, parçacıkların durgun kütle enerjisine eşit olan iki foton bir araya geldiğinde parçacık ve antiparçacık elde edilebilir. Buna çift oluşumu tepkimesi adı verilir.
Maddenin Oluşum Süreci
Doğadaki tüm maddeler, fermiyonların bozonlar aracılığı ile birleşmesinden oluşmuştur.
- Kuarklar, güçlü nükleer kuvvetin etkisiyle birleşerek hadronları,
- hadronlar ailesinden olan proton ve nötronlar birleşerek çekirdeği,
- çekirdek ise elektronlarla foton aracılığı ile etkileşime girerek atomu oluşturur.
- Atomlar bir araya gelerek molekülleri,
- Moleküller bir araya gelerek maddeleri oluşturur.
Questions
- Hadronlar teknik olarak saf fermiyon değil, fermiyon ve bozonların bir araya gelmesiyle oluşan bir yapıdır.
- Baryonlar (örneğin proton ve nötron) toplamda yarım tam sayı spinli oldukları için birer fermiyon olarak sınıflandırılırlar.
- Ancak bu, onların sadece fermiyonlardan oluştuğu anlamına gelmez.
