standart model atom alti parcaciklar
Post on 06-Jul-2015
2.671 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Prof.Dr. İbrahim USLU
Evrenin Yapı Taşları ve Standart Model
ile açıklanması
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
Dünya neden yapıldı
(Temel Maddenin Aranması)
• insanlar dünyadaki herşeyin dört elementin bileşimleri olduğunu düşünüyorlardı
Prof.Dr. İbrahim USLU
Dünya neden yapıldı
Prof.Dr. İbrahim USLU
Sureler
• Allah, her canlıyı sudan yarattı. İşte bunlardan kimi karnı üzerinde
yürümekte, kimi iki ayağı üzerinde yürümekte, kimi de dört (ayağı)
üzerinde yürümektedir. Allah, dilediğini yaratır. Hiç şüphesiz
Allah, herşeye güç yetirendir. (Nur Suresi, 45)
• "Gerçek şu ki, insanın üzerinden, daha kendisi anılmaya değer bir
şey değilken, uzun zamanlardan (dehr) bir süre (hin) gelip-geçti."
(İnsan Suresi, 1)
Prof.Dr. İbrahim USLU
Evrenin Yapı Taşları
• Bilimle uğraşanlar binlerce yıldır
evreni oluşturan yapı taşlarını ve
onları yöneten yasaları bulmaya
ve böylece doğayı açıklamaya
çalışmışlardır.
Kopernik
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karanlık Madde
• Evrenbilimciler gizemli karanlık maddenin evrenin ilk
zamanlarında ortaya çıkmış olabileceğine inanmakta ve
bu kuramsal parçacıkların ne olduğunu bilmeseler de
onlara “baryonik olmayan parçacıklar” demektedir.
• Fizikçilere göre, karanlık maddenin en önde gelen
adayı, zayıf etkileşimli ağır parçacıklar” denen bir madde
türü.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karanlık Madde
• Yıldızların ve gaz bulutlarının hareketlerini
inceleyen bilim adamları gökadalarının
kütlelerini hesaplayabilmektedir.
• Bunun sonucu ortaya çıkan madde
miktarı, yıldızlar, gaz ve toz bulutları ve
gözlenebilen öteki cisimlerin toplam
kütlesinin yaklaşık 5 katı kadardır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karanlık Madde• Karanlık madde olarak adlandırılan, ışığı yaymayan ve
soğurmayan bu madde, sadece kütle çekimi sayesinde
saptanabiliyor.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karanlık Madde ve Karanlık Enerji
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karanlık Maddenin ve Karanlık
Enerjinin Sırrını Nasıl çözeriz
Prof.Dr. İbrahim USLU
Baryonik Madde
• Baryonik madde, temel olarak proton ve elektronlardan
oluşan “sıradan” maddedir.
• Baryonik madde, görebildiğimiz gök cisimlerini
oluşturmasının yanında, karanlık maddenin de bir
bölümünü oluşturur
Prof.Dr. İbrahim USLU
Baryonik Maddelerde Her şey elektronlardan
ve Kuarklardan yapılmıştır
Prof.Dr. İbrahim USLU
radioactive decays
holding proton, nucleus
gluonlar
1 fm = 10-15 m
Zayıf Kuvvet
Güçlü Kuvvet
Radyoaktif bozunum
Proton ve nötronun bir
arada tutulması
Baryonik Maddeler
Prof.Dr. İbrahim USLU
~90 years ago
1
10,000
~60 years ago
1
10
~40 years ago
1
100,000
Present
Evrenin Karanlık Enerji ve Karanlık Madde dışındaki
Baryonik Maddeler Neden Yapılmıştır
Rutherford
Prof.Dr. İbrahim USLU
Temel Parçacıklar ve Evrenin yapısı
• Bildiğimiz en küçük şeyler olan temel parçacıklar ile uğraşan
parçacık fiziği ile bildiğimiz en büyük şey olan evreni inceleyen
kozmoloji arasında bir ilişki vardır.
• Aristoteles evrendeki gök cisimlerini oluşturan maddenin Dünya’yı
oluşturan maddeden farklı olduğunu düşünüyordu.
• Galilei buna karşı çıkmış, gök cisimlerini oluşturan maddenin
Dünya’yı oluşturan madde ile özdeş olduğunu ileri sürmüştü.
Prof.Dr. İbrahim USLU
ATOMLAR
• Bugün hava, ateş, yeryüzü ve sudan daha temel şeylerin
olduğunu biliyoruz
Ancak Atom temel midir ?
Prof.Dr. İbrahim USLU
Elektron, Proton ve Nötron
• Atomların maddenin en küçük parçaları olduğu geçen yüzyılda
bulunmuş ve sonrada atomların temel tanecik sanılan ve artık
bölünemeyecekleri varsayılan elektron ve protondan oluştuğu
düşünülmüştü.
• Daha sonra iki temel parçacığa Einstein tarafından foton olarak
adlandırılan üçüncüsü ilave dilmişti.
• Daha sonra (1932) kütlesi hemen hemen proton kadar olan nötron
bunlara ilave edildi.
• Artık evrenle ilgili tüm parçacıkların bulunduğu, Binlerce çeşit
molekülden, yüzün üzerinde farklı atoma ve onlarında oluşturduğu
birkaç temel parçacıkla evrenin temel yapısının açıklanabileceği
hissine kapılmıştı.
• Sanki doğa ufağa doğru gidildikçe basitleşiyordu.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Atomun İç Yapısı
• Yapılan deneylerde
de, gerçekten, atomlarında iç yapılarını
olduğu görüldü.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Bağıl Ölçek
• Eğer bu resim bağıl ölçeğe göre
çizilseydi:
ve eğer protonlar ve nötronlar 1 cm
çapında olsalardı;
– Elektronlar ve kuarklar bir saç teli çapından
küçük olurlardı; ve
– Atomun tüm çapıda 30 futbol sahası
uzunluğundan daha büyük olurdu!
• Unutmayınız ki, bütün parçaçıklar
(protonlar, nötronlar, kuarklar, ve
elektronlar) sürekli hareket
halindedirler.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Atomaltı parçacıkların Boyutları
Prof.Dr. İbrahim USLU
Protonların iç yapısı
• Proton ve nötronlar ilk keşfedildiklerinde birer temel
parçacık oldukları sanılmıştı.
• Hatta protona yunanca birinci anlamına gelen bu adın
verilmesinin nedeni maddeyi oluşturan temel yapı taşı
olduğunun düşünülmesidir.
• Ama çok geçmeden bunların basit tanecik olmadıkları
görüldü.
• Protonlar çok yüksek enerjili elektronlarla bombardıman
edilerek (Rutherford’un atomun yapısını anlamak için
alfa tanecikleriyle yaptığı deneylere benzeyen
deneylerle) protonun iç yapısının homojen
olmadığı, içlerinde sert birtakım şeylerin olduğu görüldü.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Parçacıklar
• Protonları ve nötronları oluşturan bu daha küçük
birimler, taneciklerden (örneğin protondan) bağımsız
olarak bulunmamakta ve daima onların bir parçası olarak
düşünülmeleri gerekmektedir.
• Bu birimler, tıpkı bir canlıyı oluşturan hücrelerde olduğu
gibi, tek başlarına iken pek bir anlam taşımazlar.
• Organizmanın bir parçası olarak işlev yaparlar ve öyle
görülürler.
• Bu nedenle, yeni ortaya çıkan pek çok birimi anlatmak
için tanecik yerine parçacık terimi kullanılmaya
başlanmıştır.
• Parçacıklar tek başlarına pek bir işe yaramazlar, ancak
birleştirildiklerinde saati oluştururlar.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Pionlar
• 1935’de H. Yukawa, çekirdekteki proton ve nötronların, aralarındaki çok hızlı bir tanecik alışverişi nedeniyle bir arada bulunabildiklerini düşündü.
• 1947 de, elektrondan 300 kat daha fazla olan pionların artı pion +, eksi
pion -, ve nötral pion 0 olmak üzere üç şekli gözlemlendi. Artı ve eksi pionlar protonlarla nötronların arasında oluşan çekimden, nötral olanlarda iki proton veya iki nötron arasındaki çekimden sorumluydu.
• p n + +
• n p + -
Prof.Dr. İbrahim USLU
Protonun nötrona dönüşmesi
• Pionlar ışık hızına yakın bir hızla (saniyede 1023 defa) nötronla proton arasında gidip gelmektedir.
• Bu çok büyük bir sayıdır. Bizim algılama hızımızla karşılaştırılamayacak kadar büyük bir hızla nükleonlar birbirine dönüşmektedir.
• Bu durumda çekirdeğin içindeki proton ve nötronun tamamen birbirine özdeş parçacıklar olduğunu, ikisinin birbirinden ayırt edilemeyeceğini söyleyebiliriz.
Prof.Dr. İbrahim USLU
1935’de H. Yukawa’nın düşüncesi
gerçekten doğru idi. Çekirdekte her an
nötronlar protona, protonlarda nötrona
dönüşürmektedir
Prof.Dr. İbrahim USLU
Çekirdekte Her an Neutron
protona, protonda nötrona dönüşür
Prof.Dr. İbrahim USLU
Proton Bozunur mu?
• Eğer bir kuark herhangi bir anda leptona
dönüşebiliyorsa protonda bozunabilen bir parçacık
olmalıdır.
• Hesaplar, protonun 1031 yıl kadar olacağını gösteriyor.
Evrenimizin yaşı 1010 yıl kadar olduğuna göre, protonun
ömrünün sonsuz denebilecek kadar uzun olduğu
düşünülebilir.
• Yine de büyük miktarda suda, çok fazla sayıda proton
gözlem altında tutulursa bu bozunma gözlenebilirse de
şimdiye kadar bir bilimsel açıklama yapılmamıştır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Masal gibi
• Protonlar yüksek enerjili fotonlar (örneğin gama ışınlarının) etkisi
altında nötrona dönüşür ve ayrıca bir artı pion oluşur.
• P + n + +
• Bu tepkimeye bakılırsa, protonun bir nötron ile bir piondan oluştuğu
düşünülebilir.
• Ayni tepkimede nötral pion da meydana gelmekte ve bu pionda
bozunmadan kalabilmektedir.
• P + p + 0
• Eğer gelen fotonun enerjisi yeterince büyükse, çarpışmadan birden
fazla pion da oluşabilmektedir.
• P + p + 0 + + + - + + + -
• Protonun içinden habire bir şeyler çıkıyor gibi görünüyor ama proton
yine aynı proton olarak kalıyor. masal gibi!
Prof.Dr. İbrahim USLU
Şaşırıcı tepkimeler
• Fotonların enerjisi daha da yüksek ise, çok daha şaşırtıcı
olan tepkimelerle karşılaşılır.
• P + p + p + p-
• Bu tepkimede bir protondan iki proton ve bir antiproton
(eksi yüklü) çıkmaktadır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Protonlar, Nötronlar ve Pionlar
• Protonlar her zaman vardır ve ortadan yok olmazlar.
• Pionlar hiç yoktan ortaya çıkıp saptanır ve sonra
bütünüyle yok alabilirler. Üç pion beş piona dönüşebilir.
• Nötronların davranışı ise pionlara değil protona benzer.
Bir nötronun bütünüyle ortadan yok olduğu
görülmemiştir. O da olsa olsa bir protona dönüşür.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Alt Kimlik - üst kimlik
• Pion etkileşmesini yapamayan proton ve nötronlar
(çekirdeğin dışındaki serbest nükleonlar) yalnızca kendi
kimliklerini taşır.
• Çekirdeğin içinde ise bir an için proton olan tanecik bir
an sonra nötrondur.
• Şimdi artı yüklü ve çok çok kısa bir süre sonra nötraldır.
• Çekirdekteki nükleonlar ömürlerinin yarısını
proton, yarısını da nötron kimliğiyle geçirmektedir.
• Ama her bir kimliği ancak 10-23 s kadar taşımaktadırlar.
• Nükleonların arasında pion alışverişi sırasında, pionun
bir nükleondan ayrılıp öbürüne gittiğini saptamak
mümkün değildir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Atmosferde parçacık avı, Kuzey Işıkları
(Aurora)
• 1960’lı yılarda parçacık avı başlamış ve parçacık sayısı
yüzleri bulmuştur.
• Artık günümüzde de Kuzey kutup bölgesine gemi turları
düzenlenmekte ve atmosferde parçacıkların yeryüzüne
girişi gözlenmektedir.
• Auroralar (kuzey/güney kutup
ışıkları) gökyüzündeki, özellikle kutup bölgelerinde
gökyüzünde görülen, dünyanın mânyetik alanı ile
güneşten gelen yüklü parçacıkların etkileşimi sonuncu
ortaya çıkan doğal ışımalardır. Bu ışımalar, genellikle
geceleri gözlemlenir, ağırlıklı olarak iyonosfer’de
meydana gelir.
• Kutup aurorası veya kutup ışıkları olarak da anılır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Dipsiz kuyu
• Kozmik ışınlar atmosferin en üst
katmanlarında atomlara çarparak
onları paramparça ederler. Böylece
ortaya çıkan parçacıklarda büyük
hızlarla diğer atomlara çarparak
onları parçalar böylece adeta bir
parçacık sağanağı ortaya çıkar.
• Bu sağanağın incelenmesinden
mezonlar ve diğer küçük
parçacıklar keşfedilmiştir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
Aurora
Prof.Dr. İbrahim USLU
Aurora
Prof.Dr. İbrahim USLU
Aurora
Prof.Dr. İbrahim USLU
Laboratuarlarda yapılan deneyler
• Laboratuvarlarda tanecik hızlandırıcılarının keşfiyle
parçacık sayısı daha da artmıştır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Yüzlerce parçacık
• Deneylerde rastlanılan yüzlerce parçacık karışıklığın doğmasına
neden olmuştur.
• Fizikçiler 200 civarında parçacık keşfetmişlerdir (bunların birçoğu
temel değildir.) Bu parçacıkları da Romen ve Yunan alfabesiyle
adlandırmışlardır.
• Önce parçacıklar yunan alfabesindeki harflerle (, , , vb)
gösterilmeye çalışıldı. Harfler yetmeyince, harflerin yanına sayılar
da yazılır oldu ( 1386 vb). Oda yetmedi latin harfleri kullanılmaya
başlandı.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Umutsuz vaka
• Parçacıkların bu şekilde gün ışığına çıkmasıyla gitgide
karmaşıklaşan durum, daha bir çok parçacığın var
olduğunun ortaya çıkarılmasıyla bir ara içinden
çıkılmaz, umutsuz görünen bir hal almış, fakat sonra
bütün bu parçacıkların bir sistem içine yerleştirilmesi
başarılabilmiştir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Sınıflandırma
• Parçacıklar artı ve eksi yüklü olduklarına göre
sınıflandırılabilirler.
• Büyük kütleli (baryonlar), orta kütleli (mezonlar) ve
küçük kütleli (leptonlar) olarak sınıflandırılabilirler.
• Fizikçiler, evrendeki bütün madde ve kuvvetleri
tanımlamak için Standart Model adlı bir teori
geliştirmişlerdir.
• Bu modelin özelliği, yüzlerce parçacığı ve karmaşık
etkileşmeleri bir kaç temel parçacık ve etkileşme ile
açıklayabilmesidir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Standart Model
• Standart Model farklı temel parçacıkların nasıl
düzenlendiğini ve farklı kuvvetler aracılığında birbirleri ile
nasıl etkileştiğini açıklayan bir teoridir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Standart Model
• Doğada her çeşit maddenin fermion denilen parçacıklardan oluşmuştur.
• Standart modelde her kuvvetin kendine özgü iki çeşitparçacık vardır: Madde parçacıkları (elektronlar,protonlar, nötronlar, ve kuarklar gibi) ve (kuvvet taşıyıcıparçacıklar (foton, graviton vb):
a) Madde Parçacıkları (Kuarklar ve Leptonlar):– Temel parçacıklar kuarklar ve leptonlar olarak isimlendirilen iki
aileye ayrılırlar.
– Bu ailelerin her biri altı parçacıktan oluşur ve birinci nesil enhafif üçüncü nesil an ağır olmak üzere üç nesle ayrılır.
b) Kuvvet Taşıyıcı Parçacıklar (Bozonlar):– Parçacıklar arasında da etkileşmeyi sağlayan dört farklı kuvvet
ve kuvvet taşıyıcıları vardır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Evrenin Tarifi
Prof.Dr. İbrahim USLU
Madde parçacıkları: Kuarklar - Leptonlar
Kuarklar "hadron" olarak bilinen parçacıklar içerisinde hapis olmuştur
diyebiliriz.
Kuarkları tek başlarına asla gözlemleyemeyiz.
Prof.Dr. İbrahim USLU
6 çeşit Kuark
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuarklar
• Altı kuark vardır ancak fizikçiler genelde üç kuark çifti
olarak ele alırlar: Üst/Alt, Tılsımlı/Acayip, ve Tavan/Taban.
• Kuarklar -1 elektron yükünden yada +1 proton yükünden
farklı olarak 2/3 yada -1/3 kesirli yüklerine sahiptirler.
• Kuarklar ayrıca, daha sonra inceleyeceğimiz, renk yükü
olarak adlandırılan başka bir yük çeşidine sahiptirler.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuarklar kaçamaz
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuarklar serbest olamazlar
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuarkların Tablosu
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuark “nihai parçacık mı?
• Deneylerin maddenin bir sınırı olmadığını göstermesine
rağmen, bilimciler halen “maddenin tuğlaları”nı
araştırmaya devam ediyorlar.
• kuark “nihai parçacık mı?
• Temel ve yapısız olduğu iddia edilir.
• Ama benzer iddialar geçmişte de önce atom için, sonra
proton için, vs. dile getirilmişti.
• Aynı şekilde, gelecekte çok daha “temel” madde
biçimlerinin keşfedileceğini büyük bir özgüvenle
öngörebiliriz.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Leptonlar
• Kuarklardan yapılmış olmayan ve çok daha küçük kütleli
temel parçacıklar da vardır. Bunlara lepton denir.
• Leptonlar kuarklara hiç benzemeyen, ayrı türde temel
parçacıklar ama kuramsal olarak, kuarkların leptonlara
dönüşebileceği de düşünülmektedir.
• Leptonlar, kuarklardan oluşan parçacıklarla
(hadronlarla) etkileşerek atomları meydana getirir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Leptonlar
• Altı çeşit lepton vardır. Bunlardan üç tanesi elektrik yüküne
sahipken, diğer üçü sahip değildir.
• En iyi bilinen yüklü lepton elektron (e) dur.
• Diğer iki yüklü lepton muon (µ) ve tau () dur.
• Diğer üç lepton ise yakalanması güç olan Nötrinolardır (). Yüksüz
(nötr) olup, sıfır veya çok küçük kütleye sahiptirler.
• Elektriksel olarak yüklü her lepton için karşı gelen bir nötrino vardır.
• Yüklü leptonların hepsi negatif yüke sahiptirler.
Prof.Dr. İbrahim USLU
• Tau ve muon elektrondan dahafazla ağırdır.
• Bunlar her zaman her maddedebulunmaz. Bunun nedeni çokhızlı bir şekilde daha hafifleptonlara bozunmalarıdır.
Leptonlar
Sembol Kütle Yük
Elektron (e)
Elektron nötrinosu
(e)
0.000511
0
-1
0
Muon (–)
Muon nötrinosu (–)
<0.00027
0.105
0
-1
Tau (–)
Tau Nötrinosu (–)
<0.0351.7
84
0
-1
Prof.Dr. İbrahim USLU
Leptonların Bozunmasını Açıklayan İki Kural
• Birinci Kural:
• Ağır bir leptonun bir bozunma ürünü daima onun karşılık gelen nötrinosu
olacaktır.
• Diğer ürün bir kuark ve onun antikuarkı, veya daha hafif bir lepton ve onun
anti nötrinosu olacaktır.
• İkinci Kural:
• Önceki ve sonraki aile ürünlerinin toplam sayısı korunmalıdır.
• Unutmamak gerekir ki bir anti parçacık negatif bir aile ürünü olarak
düşünülür.
• Örneğin, eğer bir tau parçacığı daha hafif bir leptona bozunursa tau'ya
karşılık gelen nötrino bozunmanın bir ürünü olacaktır.
• Diğer ürün daha hafif bir lepton ve onun karşılık gelen anti nötrinosu
olacaktır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Nötrinolar
• Kütlesiz ve yüksüz tuhaf parçacıklar
olan nötrinolar W. Pauli tarafından
1927’de beta bozunmasında enerji
dağılımında düzensizlikleri açıklamak
için ileri sürülmüştür.
• Bu parçacıkların hiç alışılmamış
özelliklere sahip olması, o yıllarda
fizikçilerin onların varlığını kabul
etmeye pek istekli olmamasına sebep
oluyordu.
• Pauli’nin kendisi bile yapılmaması
gereken bir şeyi yaptım, anlaşılmaz bir
durumu, gözlenmesi mümkün olmayan
şeylerle açıklamaya kalkıştım demiştir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Nötrinolar,
• Nötrinolar yalnızca zayıf çekirdek kuvvetine duyarlı
olduklarından maddeyle etkileşmeleri son derece
küçüktür.
• Bu nedenle, eğer enerjileri yeterince yüksek değilse
algılanmaları çok zordur.
• 1953 yılında Savannah River isimli nükleer reaktörün
yanına algılama gücü yüksek detektörler ve çok büyük
hacme sahip su tankları yerleştirilerek, nötrinoların
sudaki protonların bazıları ile oluşturduğu,
• + p n + e+
• tepkimesiyle ortaya çıkan nötron ve pozitronların suda
çözülmüş bulunan kadmiyum klorür üzerindeki etkilerini
saptanmış ve ’ların varlığı gösterilebilmiştir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Üç ayrı nötrino
• Üç ayrı nötrinonun varlığı düşünülmektedir.
– Elektron nötrinosu
– Müon nötrinosu
– Tau nötrinosu
• Nötrinoların evrenin oluşumundan çok daha sonra
ortaya çıktığı sanılıyor.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Özet
• Standart Modeli anlaşılabilir
yapan, gözlenen bütün parçaçıkların:
• 6 çeşit kuark
• 6 çeşit lepton
ve...
• Kuvvet Taşıyıcıları
ile açıklanabilmesidir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Hadronlar
• Kuarklar asla ayrı ayrı bulunamazlar. Her zaman
gözleyebildiğimiz parçacıklar, veya ancak çok yüksek
enerjili çarpışmalarda ortaya çıkan diğer bütün
parçacıklar, hep kuarklardan oluşmuştur
• Kuarkların etkileşmesiyle oluşan parçacıklara genel
olarak hadron denilmektedir.
• Hadronlar (yani baryonlar ve mezonlar) temel parçacıklar
değil, temel parçacık olan kuarkların birleşmesiyle
meydana gelmiş bileşik parçacıklardır.
• Kuarklar parçacıkların yükü tamsayı olacak biçimde bir
araya geldiğinden kurakların her türlü kombinasyonu
mümkün değildir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Hadronlar: Baryonlar ve Mezonlar
• Hadronların iki şekli vardır, baryonlar ve mezonlar.
• Üç kuarkın bir araya gelmesi ile baryonlaroluşur, Baryonlara iki örnek proton ve nötrondur.
• bir kuark ve bir anti kuarkın bir araya gelmesi ilemezonlar oluşur.
• Mezonların hepsi sıfır veya tamsayı (0 veya 1) spinlerinesahip, kütlesi elektronun kütlesi ile protonun kütlesiarasında olan parçacıklardır. Tüm mezonlar en sonundaelektrona, protona, nötrino ve fotona bozunur.Pion, spini sıfır,kütlesi yaklaşık 140 MeV/c2 olan,bilinenen hafif mezondur.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Baryon örnekleri: Proton ve Nötron
• Proton iki up kuark ve bir
down kuarkın bir araya
gelmesi ile oluşur. Şekilden
görüldüğü gibi her bir
kuarkın yükü toplanıp
proton için yük +1 elde
edilir.
• Nötron iki down kuark ve bir
up kuartan meydana gelir.
Kuarkların yüklerini tekrar
toplarsak 0 olan nötronun
yüküne ulaşırız.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Baryona örnek: Proton
Altı kuark ve anti kuarkları ile
birlikte üç guruba ayrılır.
Kırmızı kuarklar elektrik
yüküne sahiptir.
Bununla beraber elektrik
yükleri kesirlidir (2/3 veya -
1/3, -2/3 ve 1/3 anti kuarklar
için) ve parçacıkları
oluştururlarken yük daima
tamsayıdır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Baryona örnek: Proton
Prof.Dr. İbrahim USLU
Baryona örnek: nötron
Prof.Dr. İbrahim USLU
Nötron nötr renk yüküne sahiptir
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
Baryon yapalım
Prof.Dr. İbrahim USLU
Mezonlara Örnek: Pionlar
• İki kuarktan yapılmış olan (dolayısıyla
baryonlardan daha küçük kütleli olan)
parçacıklara mezon (orta kütleli) denir.
• Pion bir yukarı bir de aşağı kuarkın bir araya
gelmesi ile oluşur.
• Mezonlar parçacık ve anti parçacık
kombinasyonu olduğundan kararsız bir yapı
gösterirler ve çok hızlı bozulurlar.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Maddenin Tuğlaları
• Asırlardır bilimciler boş yere maddenin en küçük parçacığı bulmaya çabaladılar.
• Yüz yıl önce, aradıkları şeyi atomda bulduklarını düşündüler.
• Atomaltı parçacıkların keşfi, fizikçileri maddenin yapısının daha da derinlerine inmek zorunda bıraktı.
• 1928’le birlikte bilimciler keşfettikleri protonlar, elektronlar ve fotonların aradıkları en küçük parçacık olduğunu sandılar.
• Tüm maddi dünyanın bu üç parçacıktan inşa edildiği sanıldı.
• Hemen ardından bu görüş, daha da küçük parçacıklar yığınının yani nötrinolar, pi-mesonlar, mü-mesonlar, k-mesonlar ve diğerleri– keşfedilmesiyle tuzla buz edildi.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Tauon, Müon, Elektron
• Bu parçacıklardan bazılarının yaşam süresi o kadar
küçüktü ki –bir saniyenin milyarda biri kadar– bunlar
kuantum çağından önce kesinlikle tasavvur edilemez
şeylerdi.
• Tauon, yalnızca bir saniyenin trilyonda biri kadar bir
süre boyunca varolur ve ardından önce bir müona ve
sonra da bir elektrona bozunur.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Yüksüz Pion
• Yüksüz pion daha da geçicidir, saniyenin katrilyonda
birinden daha kısa bir süre boyunca varolur ve ardından
bir çift gama ışını oluşturmak üzere yok olur.
• Bazıları, yüksüz sigma parçacığı gibi, bir saniyenin yüz
trilyonda biri kadarlık bir süreden sonra bozunurlar.
• Ama bu bile hikâyenin sonu değildi.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Temel Parçacıklar ve Kütleleri
Prof.Dr. İbrahim USLU
Temel Kuvvetler
• 100 m uzakta bir ağaçtaki kuşu
vurmak istediğimizi düşünelim. Bir
kuvvet kullanmanız
gerekmekte, ama kuş sizden
uzaktadır. Yerden bir taş alıp kuşa
attığınızda onu vurabilirsiniz.
• İşte bu taş bir kuvvet taşıyıcısıdır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuvvet ve maddeye etkisi
• Bir kişi görünmeyen bir şeyi yakalasın ve etkiden dolayı
geriye doğru gitsin. Bu durumda, görünmez bir top
yakaladığını düşünebilirsiniz. Topu göremeseniz bile,
topun oyuncu üzerindeki etkisini görebilirsiniz.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Etkileşmelerin nedeni
• Madde parçacıklarını etkileyen bütün etkileşmelerin, kuvvet taşıyıcı parçacıklarının yer değiştirmesinden kaynaklandığı anlaşılmıştır.
• Basketbol benzetmesiyle, oyuncular madde parçacıkları basketbol topu ise kuvvet taşıyıcısıdır.
• "Kuvvetler" diye adlandırılan şeyler, kuvvet taşıyıcılarının madde parçacıkları üzerine etkisidir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Etkileşme
Prof.Dr. İbrahim USLU
Galilei vs Kepler
• Galilei zamanında (17 yy), iki cisim arasında ancak birbirine değdikleri takdirde bir kuvvet etkileşmesi (itme veya çekme) olabileceği düşünülüyordu.
• Uzaktan etkileşme çok gülünç görünüyordu.
• Uzaktan etkileşmeyi ilk olarak, güneş’in gezegenlerin hareketini yönettiğini düşünerek J. Kepler ortaya atmış, Dünya’daki git-gel olaylarını da Ay’ın uzaktan etkisine bağlamıştı.
• Ama bu fikir Galilei tarafından kabul dahi görmedi.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Uzaktan etkileşme
• Uzaktan etkileşme fikri ancak 17 yy sonlarına
doğru Newton mekaniği dolayısıyla yeniden
ortaya çıktı.
• İki kütlenin veya elektrik yüklü iki cismin birbirini
uzaktan etkileyebildiği kabul edildi.
• Ancak bu seferde bu etkinin nasıl oluştuğu
anlaşılamıyordu.
• Bir kütle veya bir yük diğerinin varlığını uzaktan
nasıl hissediyordu.
• M. Faraday, 1871’de elektrik akımının manyetik bir
etkisi olduğunu gösteren Oersted deneyi
üzerinde çalıştı.
• Elektromanyetik alan kavramı ancak J.C. Maxwell
tarafından ortaya atıldı.
Prof.Dr. İbrahim USLU
4 temel Kuvvet
• Bu kuvvet taşıyıcıları aracılığı ile doğada 4 temel
etkileşme vardır.
• Kütle çekimi
• Zayıf çekirdek kuvveti
• elektromanyetik
• Güçlü çekirdek kuvveti
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
Dört Temel Kuvvet
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kütle çekim Kuvveti
• İnsanların çok eskiden beri tanıdıkları kuvvet kütle çekim
kuvvetidir.
• Yalnızca çekme şeklinde ortaya çıkar.
• İlk fark edilen ve diğer dört kuvvetin en zayıfı olan bu
kuvvet henüz açıklanamamıştır.
• Graviton denilen taneciğin alış verişinden doğduğu
varsayılmaktadır.
• Böyle bir taneciğin varlığı henüz fark edilememiştir.
• Bu kuvvet maddenin dağılmadan bir arada durabilmesinin
ve dolayısıyla evrenin (galaksilerin, gegegenlerin,
canlıların, herşeyin) var olabilmesinin nedenidir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Gravitasyonel Etkileşme• Grativasyonel kuvvet kütlesi olan tüm parçacıklar arasında
gerçekleşir. Bir kütle diğer kütleyi aradaki uzaklık arttıkça azalan bir
kuvvetle çekecektir. Gravitasyonel kuvvet evrendeki büyük
yapılarda belirgin olur. Gravitasyonel kuvvet çok kuvvetli gibi
görünmesine rağmen ufak kütleli parçacıklara gelince zayıflığı
yüzünden ihmal edilebilir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Graviton
• Kütle çekiminin, etkileşen
parçacıkların arasında graviton
denilen bir bozonun alınıp
verilmesinden doğduğu
düşünülmektedir.
• Gravitonun bir kütleye sahip
olmadığı düşünülmekte ve bu
nedenle taşıdığı kuvvet çok uzun
erimli olabilmektedir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Graviton
• Örneğin, Güneş’i ve Dünya’yı oluşturan parçacıkların
arasında graviton alışverişi bu iki kütlenin birbirini
çekmesine neden olmaktadır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kütle çekim kuvveti (Özet)
• Çok eskilerden beri fark edilmiş olan kütle çekimi dört
kuvvetin son derece zayıf olanıdır.
• Çok büyük uzaklıklardan bile etkilidir
• Yalnızca çekme etkisi vardır, itme etkisi yoktur.
• Büyük kütlelerde çok büyük kuvvetler oluşturabilir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Elektromanyetik Kuvvet
• İkinci kuvvet yalnızca fermionların (elektron, kuark vb)
arasında etkili olabilen elektomanyetik kuvvettir.
• Bu kuvvet hem çekme (zıt yükler arasında) ve hem de
itme (ayni çeşit yükler arasında) şeklinde kendini
gösterir.
• İki parçacık arasındaki etkileşme, kütle çekimi
etkileşmesiyle kıyaslanamayacak kadar güçlüdür.
Örneğin iki elektron arasındaki elektromanyetik itme
kuvveti, kütle çekiminin bir trilyon katı kadardır.
• O halde güneş ile dünya arasında niçin elektromanyetik
etkileşme görülmüyor?
Prof.Dr. İbrahim USLU
Elektromanyetik etkileşme
• Büyük kütleleri oluşturan madde, aşağı yukarı eşit
sayıda artı ve eksi yüklü parçacıktan meydana gelmiştir.
• Böylece bu parçacıkların arasında oluşan
elektromanyetik çekme ve itme birbirini hemen hemen
yok eder ve meydan kütle çekim kuvvetine kalır.
• Atomdaki elektronların çekirdeğin çevresinde dönmesini
sağlayan kuvvetin yalnızca elektomanyetik çekme
kuvveti olduğunu söyleyebiliriz.
• Elektromanyetik etkileşmeyi sağlayan bozonlar yüksüz
parçacıklar olan fotonlardır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Elektromanyetik Etkileşme
• Elektromanyetik kuvvet yaşamımızda
baskın olan bir kuvvettir.
• Monitörünüzden yayınlanan radyasyon
elektromanyetizmanın bir sonucudur.
• Elektromanyetik kuvvet yüklü
parçacıklara etki eder.
• Elektromanyetik kuvvet parçacıklar
arası mesafe arttıkça giderek azalır.
• Bu kuvvetin taşıyıcısı genelde ışık
olarak gözlenen fotondur.
• Diğer bir elektromanyetik kuvvet de
atomları bir arada tutarak molekülleri
oluşturmaktan sorumludur.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Zayıf Çekirdek Kuvveti
• Bu büyük kütleli kuarkları
gözlemleyememizin nedeni zayıf
kuvvet yüzündendir.
• Kütleli leptonları ve kuarkları
daha hafif leptonlara ve
kuarklara bozulmasına neden
olan zayıf kuvvetlerdir.
• Bu bozunmalara yol açan kuvvet
parçacığı W+ ve W- parçacıkları
ile yüksüz Z parçacığıdır.
•
Prof.Dr. İbrahim USLU
Beta boznumunda zayıf kuvvet bozonları
Prof.Dr. İbrahim USLU
Nötron Dönüşümü, beta bozunumu
Prof.Dr. İbrahim USLU
Anti parçacıklar ve spin
Prof.Dr. İbrahim USLU
Pozitron bozunumu
Prof.Dr. İbrahim USLU
Güçlü Çekirdek Kuvveti
• Dördüncü kuvvet, Kuarkları bir arada tutarak proton, nötron, vb gibi
parçacıkların oluşmasını sağlayan ve ayrıca proton ve nötronları
çekirdek içinde bir arada tutan güçlü çekirdek kuvvetidir.
• Bu kuvveti taşıyan bozonlara gluon deniyor.
• Gluonlar sadece kuarklar ve kendi aralarında etkileşebilirler.
• Çok kuvvetli olan güçlü çekirdek kuvveti kuarkları ayrılmaz biçimde
birbirine bağlar.
• Böyle olunca, bu parçacıkların varlığı fizik ötesi bir olay gibi
görünür.
• Etkileşen taneciklerin arasındaki uzaklığın dördüncü kuvvetiyle ters
orantılıdır.
• Yalnızca 10-14 m’den daha küçük uzaklıklarda etkili olabilmektedir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Güçlü Çekirdek Kuvveti
• Kuvvetli etkileşme çekirdekler arasında etkiyen aşırı derecede
çekicidir.
• Proton-nötron, nötron-nötron, proton-nötron bu kuvvetle birbirini
çeker.
• Bu kuvvet atom içerisindeki itici etkisi olan elektromanyetik kuvveti
yenerek atomun bir arada kalmasını sağlar.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuvvetler Hangi Parçacıkları Etkiler
• Bütün parçacıklar her kuvvet taşıyıcısından
etkilenmezler. Örneğin elektron ve proton
elektromanyetik kuvvet taşıyıcısı olan fotonlardan
etkilenirler. Foton yayınlayabilir ve soğurabilirler.
• Yüksüz olan nötrino ise foton tarafından etkilenmez ve
böylece foton yayınlayıp soğuramaz.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kuvvetlerin Temel Parçacıklar ile Etkileşmeleri
•Fermionların bir kısmı olan kuarklar doğada fark edilen dört çeşit kuvvetin hepsiyle de etkileşebilen parçacıklardır.
•Diğer fermionlar olan leptonlar ise güçlü çekirdek kuvveti dışındaki üç kuvvetten etkileşir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Alan Kuvantumları
• Tanecikli yapılar kuvantumlu olduğuna göre onların
oluşturduğu kuvvet alanları sürekli olamazlar. Onlarda
kuvantumludur.
• Tanecikler arasındaki etkileşme alan kuvantumları
tarafından sağlanmaktadır.
• Görecelik kuramına göre herhangi bir etkinin ışıktan
daha hızlı iletilemeyeceği varsayılmaktadır.
• O halde iki cisim arasındaki etkileşmenin ancak sınırlı
bir hızla gerçekleşeceğini düşünmek doğaldır.
• Örneğin uzayda bir yük yerini değiştirdiği zaman, ondan
etkilenmekte olan diğer bir yük kuvvet değişikliğini
anında hissedemeyecek, ancak bir süre sonra tepki
gösterecektir (tepki zamanı = uzaklık / c).
Prof.Dr. İbrahim USLU
Büyük Birleşik Kuram
• Bilim adamları, oluşma biçimlerinin benzer olduğu
görünen bu dört kuvvetin birleştirilip
birleştirilemeyeceğini merak etmişler ve
birleştirmek için büyük çaba göstermişlerdir.
• Elektromanyetik kuvvet ile zayıf çekirdek
kuvvetinin başarı ile birleştirilebilmesi güçlü
çekirdek kuvvetini de bunlara katabilme umudunu
doğurdu.
• Bu üç kuvveti birleştirmesi beklenen kurama
Büyük Birleşik Kuram deniyor.
• Büyük birleşik kuram gerçekleştirilse bile bunun
kütle çekimini içermeyeceği açıktır.
• Kütle çekimi diğer kuvvetlerin yanında çok
küçüktür.
Stephen Hawking
Prof.Dr. İbrahim USLU
Büyük Patlama
• 1032 K sıcaklıkta kütle çekiminin de üç kuvvetle
birleşeceği ve bu enerji düzeyinde bütün kuvvetlerin
özdeş duruma gelebileceği öngörülmektedir.
• Bu enerjiye hiçbir şekilde ulaşmak mümkün değildir.
• Ama evrenin başlangıcı olduğu varsayılan büyük
patlama anında buna benzer koşulların var olduğu
düşünülebilir.
• Büyük patlama anında tek bir kuvvet vardı.
• Evren genişleyip soğumaya başlayınca önce kütle çekim
kuvveti, sonra güçlü çekirdek kuvveti, daha sonraları da
elektromanyetik kuvvet ile zayıf kuvvetin birbirinden
ayrıldığı sanılıyor.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Madde ve Karşıt Madde
• Günümüzde her parçacığın bir de karşıtının olduğu
biliniyor.
• Parçacıklarla karşıtının hemen hemen bütün özellikleri
aynıdır.
• Karşıt madde ile her yerde bulunan normal madde
birbirine değdiği an, ikisi de hemen korkunç miktarda
enerjiye dönüşerek ya yok olur yada bazı durumlarda
çok çok daha küçük kütleli taneciklere dönüşür.
• Karşıt maddenin uzun süre saklanabilmesi için, hiç
madde içermeyen büyük boşluklara sahip düzeneklerin
(vakum) geliştirilmesi ve çok ileri derecede yalıtma
tekniklerinin kullanılması gereklidir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Madde ve Karşıt Madde
Prof.Dr. İbrahim USLU
Her şey çift
• Her parçacığın bir karşıtı vardır.
• Örneğin pozitron elektronun
karşıtıdır (kütlesi aynıdir ve aynı
miktarda yük taşır.
• Protonun karşıtı anti proton
nötronun anti nötrondur.
• Evrende her şey çift yaratılmış
gibi görünüyor.
• Görünür bir karşıtı olmayan tek
parçacık fotondur
Prof.Dr. İbrahim USLU
Foton’un karşıtı
• Fotonun karşıtının, normal fotondan hiçbir farkı olmayan
ama zaman içinde geriye doğru giden bir foton olduğu
varsayılır. Yani fotonun karşıtı yine kendisidir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Ayna Simetrisi
• Sağ ve sol elinizi, parmakları aynı yöne bakacak şekilde
üst üste getirmeyi deneyin. Getiremezsiniz !
• Eldiven teklerini de aynı şekilde üst üste getiremezsiniz.
Bir kere daha deneyin! Sağ ayağınızı sol ayakkabınızın
tekine sokamazsınız.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Doğada Ayna Simetrisi
• Dış görünüşü bakımından tamamıyla özdeş iki tür
salyangoz vardır; ama bunlar evlerini ayrı biçimde yapar:
Birinin kabuğunun kıvrımı saat yelkovanı yönünde
ötekininki ters yöndedir.
• Doğa, şaşırtıcıdır. Sağ ve sol olmak üzere iki tür şeker
vardır ve şeker yiyen iki tür bakteri vardır ve bunlar
yalnızca bu şekerlerden birini yer.
Prof.Dr. İbrahim USLU
330 nötrino/cm3
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karşıt madde ve Ayna Simetrisi
• Karşıt-madde kavramı Leibniz’e, 18.yy’a kadar gider.
• Leibniz, Newton’un çağdaşıdır ve ondan bağımsız diferansiyel ve integral hesabın keşifçisidir.
• İkili arasındaki tartışma, aşağıdaki gibi anlatılabilir: Eğer bir cismi veya bir tür fiziksel süreci doğrudan doğruya veya aynada izlersek, cismin veya sürecin doğrudan veya yansımış görüntüsünün hangisinin doğrudan, hangisinin yansımadan görüldüğünü ayırt edemeyiz.
• Bir şeyin gerçeği ile aynadaki görüntüsü arasındaki tek fark, sağ ve solun değişmesidir.
• Bunun sonucunda, tüm cisimler ve süreçler, sağ ve sol değişmelerine karşı eşit olasılıkla oluşmuşlardır. Bu mantıksal kural, çekirdek ve elektromanyetik etkileşmeler için deneylerle doğrulanmıştır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Ayna simetrisi
Prof.Dr. İbrahim USLU
Anti Parçacıklar
• Anti parçacığı Leibniz gibi aynadaki görüntü
gibi düşünelim. Aynaya bakıldığında sağdaki
ve soldaki görüntüler sadece aynadaki
terslenmelerdir.
• Anti parçacığın kütlesi, spini ve diğer bir çok
özelliği de parçacık ile aynıdır.
• Genelde bir anti parçacığın adı parçacığın
önüne anti kelimesi gelmesi ile yazılır. Örneğin
protonun anti parçacığı anti protondur.
• Bu kurala uymayan elektronun anti parçacığı
olan pozitrondur.
• Anti parçacık hakkında ilginç olan evrendeki
her bir maddenin anti parçacığı olmasıdır. Bu
her nedense bir gizemdir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Anti parçacıklar
• Bir antimadde parçacık, uygun parçacık sembolünün
üstüne bir çizgi çizilerek sembolize edilir.
• Örneğin, proton (p), p+ şeklinde yazılır ve p–
antiparçacığa sahiptir.
• Bir protonun antiparçacığı antiproton, bir elektronun(e–)
antiparçacığı ise pozitron (e+) olarak adlandırılır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karşıt protonlu ve nötronlu çekirdekler
• Laboratuarlarda karşıt protonlarla karşıt nötronlar
birleştirilerek karşıt çekirdekler elde edilebilmiş ve çok
kısa bir süre içinde yok olan bu çekirdeklerin var
olabildiği çok hızlı detektörler sayesinde ortaya
çıkarılabilmiştir.
• Bu yolla karşıt döteronlar ve karşıt helyum gözlenmiştir.
• Ama ölçülebilir bir miktarda karşıt atomların ve
moleküllerin biriktirilebilmesi için, oluşan karşıt
maddenin bir manyetik alan içinde, normal maddeden
tamamen yalıtılmış olarak uzun süre hapsedilmesi
gerekmektedir.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Bir Soru
• Acaba evren, madde ve antimadde
bölgelerinden oluşan yamalı bir bohça mı?
• Görünüşe göre evrende karşımadde son derece
az.
• Evrende madde egemen.
• Neden acaba?
• Karşıtmadde vardı da yok mu oldu?
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karşıt Madde
• Evren’in gözleyebildiğimiz kadarında karşıt maddenin
farkedilebilir miktarda var olduğu anlamına gelen hiçbir
kanıt yoktur.
• Dünya dışında karşımadde var mı? Karşımaddenin
oluşturduğu bir yıldız varsa o da öbürleri gibi
parlayacaktır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Evrende Gama Işıması Mevcut
• Astronomların büyük çoğunluğu, evrenin maddeden
yapıldığı kanısındadır. Bazıları evrenin ilk anlarında, en
az gökadalar büyüklüğünde antimadde adaları
bulunduğunu, büyük patlamadan hemen sonra madde
ve antimaddenin birbirini yok ettiğini, bu yok oluşun
sonunda yüksek enerjili gama ışınlarının çıktığını
belirtmektedir.
• Gerçekten böyle bir gama ışıması vardır fakat bu ışıma
hesaplananın beşte biri kadardır.
• O halde acaba evrende hala yok olmayan
antimadde adaları var mıdır?
Prof.Dr. İbrahim USLU
Uluslarası Uzay İstasyonunda Alfa Manyetik
Spektrometresi Evrende Anti madde Arıyor
2000 sonunda uzaya fırlatılan uluslararası uzay
istasyonunda bir de antimadde detektörü bulunmaktadır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Balonla Taşınan Süperiletken Tayf Ölçer
• Balon yardımıyla uzaya gönderilecek araç
2004 ve 2005 yıllarında uzayda antihelyum
(antialfa) çekirdekleri arayacak.
• İki ton ağırlığında balonla 37 km yukarıya
çıkılacak.
• Deneyin başarılı olması halinde büyük
patlama kuramında öngörülen antimadde
gökadalarının varlığı kanıtlanmış olacak.
• Papüler Mechanics, Kasım 2003
Prof.Dr. İbrahim USLU
Karşıt madde ile ilgili Teorik Çalışmalar
• Karşı-parçacıkların varlığı, kuantum
mekaniği ile özel görelilik kuramının
ilkelerinin doğrudan matematiksel
bir sonucu olarak öngörüldü.
• 1928'de Cambridge’den kuramsal
fizikçi P. A M. Dirac(1902-1984), bu
iki fikir kümesini birleştirdi.
• Dirac Denkleminin iki çözümü vardı.
Birinci çözüm, elektronun negatif
elektrikle yüklü olduğu diğeri ise
pozitif elektrikle yüklü bir parçacığı
işaret ediyordu.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Dirac Denklemi benden akıllı çıktı
• Matematiksel olarak bu durum, basit bir işlemle
açıklanabilirdi.
• X2 = 4 ün iki çözümü vardı (x = 2 veya x = -2),
• Dirac, kuramına bilinmeyen bir parçacık sokmak
istemediği için, ilk başta o zaman için bilinen tek artı
yüklü parçacık olan protonla özdeşleştirdi. Ancak, kısa
süre içinde bu pozitif parçacığın elektrondan iki bin kat
daha ağır olan proton olamayacağını, doğanın artı yüklü
elektronlar içermesi gerektiğini tahmin etti.
• "akıllı denklemin düşü" 1932'de gerçek oldu.
• Yine de "denklemim benden akıllı çıktı" demekten
kendini alamamıştı.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Pozitronlar
• Böylece Paul Dirac, alıştığımız maddenin tam tersi olan
bir maddenin varlığını ortaya koymuştur.
• Örneğin, antimadde, (+) yüklü elektronlara (pozitronlar)
sahiptir.
• Bundan iki yıl sonra, Amerikalı iki bilim adamı, R. Milikan
ve C. Anderson, kozmik ışınların atmosfere girişi
sırasında pozitron oluşumunun gerçekleştiğini ortaya
koydular.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Pozitronun Keşfi
• Carl Anderson ve P.Blackett'in kozmik ışınlarda pozitronu gözlemelerine (1932) değin fizikçiler anti-parçacık düşüncesine kuşkuyla yaklaşıyorlardı.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Anderson’un kozmik ışınlarda pozitronu
Gözlemlemesi
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
Antimadde Tıpta Anahtar Rolü Oynuyor
• Tıpta, Pozitron Salma Tomografisi (PET)
taramaları, beyin ve kalp fonksiyonlarının
saptanmasında kullanılıyor.
• Hastaya pozitron yayan radyoaktif madde
enjekte ediliyor. Pozitronlar, yakındaki
elektronlarla bir araya gelince parçacıklar yok
oluyor ve bir gama ışını oluşturuyorlar ve bu ışın
PET tarayıcısı tarafından algılanıp organların
görüntülenmesinde kullanılıyor.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
PET
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
PET
Prof.Dr. İbrahim USLU
Prof.Dr. İbrahim USLU
• 1930 yılında Ernest Lawrence Bevatronadlı parçacık hızlandırıcısını çalıştırmayı başardı.
• 1955 de E. Segre ve arkadaşları, bir milyar elektronvoltluk bir enerji ile protonları metal bir hedef üzerine çarptırmıştı.
• Segre 1959 da Çok yüksek enerji ile gerçekleşen bu çarpışmadan antiprotonlar ortaya çıktığını ispat ederek Nobel aldı.
• Bir yıl sonrada yine Bevatron hızlandırıcısında çalışan diğer ekip anti nötronun keşfini başardı ve Nobel ödülünü aldı.
• Bu durumda tüm parçacıkların, aynı kütle fakat ters yükte, maddenin aynadaki görünümü gibi anti-parçacıkları olduğu kanıtlanmış oldu.
Ernest Lawrence ve
Arkadaşları Bevatronda
Anti Proton ve Antinötron Keşfi
Prof.Dr. İbrahim USLU
Anti Çekirdek mümkün müydü?
• Anti proton ve antinötron keşfedilmişti ama acaba
bunlar birbiri ile birleşerek bir antiçekirdek
oluşturacaklar mıydı?
• Cevap 1965 de iki fizikçi tarafından geldi. Birisi A.
Zichichi’den CERNdeki Proton hızlandırıcısını
kullanarak, diğeri de L. Lederman’dan, Newyork’taki
Brookhaven Milli Laboratuarındaki “Alternating Gradient
Synchrotron” (AGS) isimli hızlandırıcıyı kullanarak geldi.
• Anti döteron keşfedilmişti.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Anti Madde Keşfedilebilir miydi?
• Bir antimadde atomunun çekirdeği eksi yüklü
olacak, antiproton ve antinötronlardan oluşmuş bu
çekirdeğin çevresi, bir pozitron bulutuyla kaplı
bulunacaktır.
• Böyle bir atomun, manyetizmaya ve yüklerin ters
oluşuna doğrudan bağlı özellikleri dışında tüm
özellikleri, normal atomla aynı ve onun kadar kararı
olacaktır.
Prof.Dr. İbrahim USLU
Antiatom Mümkün mü?
• Anti çekirdeğin keşfinden sonra doğal olarak
antiatom keşfine odaklanıldı.
• 1995 yılında cevap geldi. Önce CERN’de the Low
Energy Antiproton Ring (LEAR) isimli bir özel
makine yapıldı. Bu makine bir anlamda
hızlandırıcı değil yavaşlatıcı idi. Hızlandırıcıda
elde edilen anti protonlar önce antiproton
akümülatörde toplanıp ve LEAR makinesinde
yavaşlatılarak antiprotonların birbirine yapışması
sağlanacaktı.
• Çok geçmeden ATHENA Projesinden Alman ve
İtalyan fizikçilerden oluşan bir ekip 9 taneantihidrojeni yapmayı başardılar.
• Gerçek bir antimadde yapılmış oldu
Prof.Dr. İbrahim USLU
Kaynaklar
• Bu sunumda M. Ayhan ZEREN’in “Atomlar ve
Moleküller” isimli kitabından yararlanılmıştır.
top related