Kuark (Quark)...(kuarklar hakkında herşey)

'Bilim & Teknoloji' forumunda Dine tarafından 4 Ekim 2009 tarihinde açılan konu

  1. Dine

    Dine Özel Üye

    Sponsorlu Bağlantılar
    Kuark (Quark)...(kuarklar hakkında herşey) konusu [​IMG] Kuark (Quark)

    Acaba maddenin temel yapıtaşları nelerdir? Bir zamanlar bilimciler, atomun bölünemez olduğunu kabul ediyorlardı fakat, 20. yüzyılın ilk birkaç on yılı içinde, atomların, nötron, proton ve elektronlardan müteşekkil olduğu keşfedildi. Elektronlar başlangıçta gerçekten de “temel” gibi gözükseler de, 1960'larda fizikçiler, proton ve nötronların, kuark denen daha küçük parçacıklardan kurulu olduğunu fark ettiler. Parçacık fizikçileri şimdilerde, temel yapı taşlarını iki grupta tarif ediyorlar- kuarklar ve leptonlar (elektronlar da bunlara dahildir). Her grup, altı çeşit kuark ve altı çeşit lepton içerecek şekilde, altışar adet üyeye sahiptir. Sadece, “aşağı” (down) ve “yukarı” (up) olarak isimlendirilen iki çeşit kuark, proton ve nötronu oluşturmak için gerekliyken, diğer dört cins kuarkın, kozmik ışınlarda ve yüksek enerjili parçacık çarpıştırma deneylerinde görülen daha egzotik ve kısa ömürlü parçacıkların meydana gelmesinde kullanıldığı sanılıyor. Kuarklar, leptonlardan oldukça farklıdır. Aralarındaki esas farklılık, kuarkların, “güçlü kuvvet" denen bir temel kuvvete bağımlıyken, leptonların bundan etkilenmemeleridir. Güçlü kuvvet, şaşırtıcı derecede karmaşık bir dünyanın parçaları haline gelmek üzere, proton gibi daha karmaşık parçacıkların oluşabilmesi için kuarkları birbirlerine bağlar.[1]
    1992 Ekim'inde Fermilab Çarpıştırıcı Dedektörü vasıtasıyla baş kuarkın, tıpkı hortlayan bir ruh gibi maddeleştiğine ve sonra da yok olduğuna dair tezler ileri sürüldü. Bu hâdise kasım ayındaki konferansta rapor edildikten sonra, ilim adamları artık daha başka konuşmaya başladılar.

    İşin garip tarafı, bu hayalet taneciğin, herhangi bilinen bir tanecikten daha ağır oluşudur. Fizikçi Alvin Tollestrup, onun, bir gümüş atomu kadar ağır olduğunu iddia etmektedir. Halbuki atom ağırlığı 108 olan bir gümüş atomu, yüzlerce üst ve alt kuarklarından meydana gelmiştir. Araştırmacılar baş kuarkın tam ağırlığını bulmaya çalışmaktadırlar. Baş kuarkın ürkütücü ağırlığı bulunursa, bu İlâhî mekanizmanın ne olduğu hususunda da önemli bilgiler elde edilebilecektir.

    Michigan Üniversitesi'nden teorikçi Gordon Kane, baş kuarkların Büyük Patlama'dan sonra, bir saniyenin trilyonda biri kadar bir süre (1/1212) içindeki radyasyondan çıktığını tespit etmiştir. Fakat kâinat bu başlangıç anında genişleyip soğurken, baş kuarklar yok oldular. Onların bu çok kısa ömürleri, fizikçilerin çözmeye çalıştıkları şu temel soruyu ortada bıraktı: Foton gibi bazı taneciklerin hiç kütleleri yokken, bazı tanecikleri böyle ağır yapan sebep nedir?

    Baş kuarkı bulmak, Nobel mükafatı kazandıracak bir keşiftir. Bu konuda âdeta rekabete dönüşen araştırmalar çeşitli tartışmalara da sebep olmaktadır. Bu araştırmalar için geliştirilen ve şimdi 3,5 apartman yüksekliğinde, 4000 ton ağırlığındaki cihaz, çelik ve elektronik aletlerden meydana gelmiştir. Bunun içi boş merkezindeki protonlar ve antiprotonlar, ışık hızına yakın bir süratle hızlandırılırlar. Böylece bu tanecikler birbirlerini parçalarlar. Açığa çıkan enerji, kısa hayatlı, parıldayan tanecik sağanağı meydana getirir. Dedektörle kaydedilen bu âni, zail olucu parıldamalardan fizikçiler, taneciklerin hüviyetlerini tespite çalışmaktadırlar.

    Harvard Üniversitesi'nde bir ilim tarihçisi olan Peter Galison, baş kuarkın keşfinin yavaş yavaş olacağına inanmakta ve şöyle demektedir: "Çevresini genişletecek inanç dairesi ile, deney işbirliğine başlamalı ve daire giderek bütün fizik cemiyetini içine almalıdır." Bu araştırmalar, ne kadar sürer, kimse tahmin edemez. Fakat, hemen her ciddi gayretin, Kudreti Sonsuz'un ilham nimetiyle mükafatlandırıldığı hatırlanacak olursa, bu araştırmalar da bir gün netice verebilir.[2]
    Kuark Nedir?

    Kuark, Parçacık Fiziğinde Standart Modele göre maddenin en küçük iki yapıtaşından biridir (diğerleri Leptonlardır). Kuarkların karşıt parçacıklarına ise "karşıt kuark" adı verilir. Kuarklar ve karşıt kuarklar, sadece temel 4 kuvvet ile etkileşirler. Standart Modele göre üç farklı nesilde toplam 6 çeşit kuark vardır ve özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.[3]
    Nesil Zayıf
    İzospin Çeşni İsim Sembol Yük / e Kütle / MeV.c-2 1 + 1/2 Iz=+1/2 Up u + 2/3 1.5 to 4.0 1 − 1/2 Iz=−1/2 Down d − 1/3 4 to 8 2 − 1/2 S=−1 Strange s − 1/3 80 to 130 2 + 1/2 C=1 Charm c + 2/3 1150 to 1350 3 − 1/2 B′=−1 Bottom b − 1/3 4100 to 4400 3 + 1/2 T=1 Top t + 2/3 172700 ± 2900 Kuarklar, günümüz fiziğinin temel kitabı olan Standart Model'e göre maddeyi oluşturan temel parçacıklardandır. Bunlar ve karşı-madde (ters elektrik yük taşıyan ikizleri) karşılıklarının çeşitli bileşimleri, farklı parçacık ailelerini oluşturur. Örneğin, protonlar ve nötronlar, üç kuarkın farklı bileşimleri. Bu kuarkları ve protonlarla, nötronları atom çekirdekleri içinde bir arada tutansa, gluon adlı kuvvet taşıyıcı parçacıklar. [​IMG]Bu gluonlar, öylesine güçlü ki, ne kendileri serbest halde görülebiliyorlar, ne de kuarkların çekirdek dışına çıkıp kendi başlarına dolanmalarına izin veriyorlar. Bu serbestlik, yani kuarklarla gluonların serbest halde bir arada bulundukları, kuark-gluon plazması (İngilizce'deki adıyla Quark-Gluon Plasma, kısaca QGP) diye adlandırılan ortam, evreni ortaya çıkaran Büyük Patlama'dan sonraki ilk saniyenin birkaç milyonda biri süresince var olabilmiş. Daha sonra, giderek soğuyan evrenin enerjisi, glüonlarla kuarkların serbest dolaşımına izin vermemiş ve bunlar madde parçacıkları içinde sürekli hapse mahkum edilmişlerdir.[4]

    Kuarklar, kütle açısından hafiften ağıra doğru; yukarı ve aşağı, tılsım ve garip, üst ve alt, kuark ikililerinden oluşurlar. .Bunların birer de karşıt (anti) kuarkları var. Parçacıklar İngilizce adlarının küçük baş harfleriyle; yukarı ve aşağı; u ve d ('up' ve 'down'), tılsım ve garip; c ve s ('charm' ve 'strange'), üst ve alt; t ve b, ('top' ve 'bottom') olarak gösteriliyor. Karşıt parçacıkları ise; 'yukarı karşıt' ve 'aşağı karşıt' kuark, 'garip karşıt' ve 'tılsım karşıt' kuark, 'üst karşıt' ve 'alt karşıt' kuark olarak isimlendiriliyor ve karşıtı oldukları kuarkların simgelerinin üzerine birer çizgi konularak gösteriliyor. Örneğin 'yukarı karşıt kuark'ın simgesi ū oluyor. Parçacıklarda tabii; aşağı veya yukarı, alt ya da üst veya garip olan bir şey yok. İsimlerin kolay hatırlanabilmeleri için böyle kurgulanmıştır.[5]
    Kuark fikrinin temeli, protonla ilişkili kısa ömürlü parçacıkların özellikleri üzerine yapılan çalışmalardan doğmuştur. Elementlerin özellikleri üzerine benzer bir çalışma, 1896 yılında Dimitri Mendelev'in periyodik cetveli oluşturmasına yol açmıştır. Daha sonra atom çekirdeğinin ve elektronların keşfi, Mendelev'in tablosundaki düzenliliğin, atomların iç yapısını yansıttığını ortaya koymuştur. Şimdi, bir yüzyıl kadar sonra, atom altı parçacıkların arasındaki ilişki kalıplarının, bunların iç yapılarını yansıttığını biliyoruz. Protonun, atomik çekirdeğin çapı veya daha küçük mesafe aralıklarında etkili iki temel kuvvetten biri olan güçlü kuvvet yoluyla birbirleriyle etkileşebilen bir çok akrabası vardır. Birbirleriyle kuvvetli bir biçimde etkileşen bu parçacıklara toplu olarak hadronlar adı verilir (Yunanca “kuvvetli” anlamında). Oldukça kararlı olan protondan ayrıyken, hadronların tümü kararsızdır. Ayrıştırılmış bir nötron yaklaşık 15 dakika kadar var olabilirken, diğer hadronların oldukça kısa yarı-ömürleri vardır. Kısa ömürlü hadronlar, sadece laboratuardaki deneyler sonucu üretilen yapay ürünler değildirler. Bunlar aynı zamanda, atmosferin yüksek tabakalarında, atomlarının çekirdeklerine -uzaydan gelen (genellikle protondan oluşan) yüksek enerjili parçacıklar olan- kozmik ışınların çarpması sonucu, doğal olarak da meydana gelirler. Kozmik ışın çarpışma deneyleri, pion, kaon ve lambda gibi, yarı ömürleri 10-8 ile 10-10 sn arasında değişen (ve genellikle Yunan alfabesindeki harflerle isimlendirilen) hadronlara dair ilk kanıtları ortaya çıkarmıştır. Bunun yanında, parçacık hızlandırıcıları kullanılarak yapılan deneyler, kozmik ışın çarpışmalarının kontrollü koşullarda taklit edilebilmesini mümkün kılmış ve ortaya çıkan parçacıklar hakkında fizikçilerin daha sistematik çalışmalar yapabilmelerine imkan sağlamıştır. Hadronlara dair bu tip çalışmalar sonucunda ortaya çıkarılan ilk bulgular, bazı hadronların diğerlerinden farklı olduğunu gösteren ve makroskobik dünyada benzeri bulunmayan yeni bir özellikti. Bu özellik, esasen garip gözüken davranışlara neden olduğundan, gariplik (strangeness) olarak adlandırılmaya başlandı ve bu özelliğe sahip parçacıklara da garip parçacıklar adı verildi. Buraya kadar bahsedilen parçacıklardan ne proton ve nötron, ne de pion garipliğe sahiptir. Fakat, kaon ve lambda 1 birimlik garipliğe sahipken, sigma denen bir parçacık 2 birim garipliğe sahiptir. 1960'ların başlarında, Amerikalı Murray Gell-Mann ve İsrailli Yuval Ne'eman, birbirlerinden bağımsız olarak, bilinen hadroları, yüklerine, garipliklerine ve spinlerine (parçacığın içkin açısal momentumu) göre sınıflandırma üzerine çalıştılar.

    Sonuçta, sekiz parçacıklı (oktet) ve on parçacıklı (dekuplet) kalıpların bulunduğunu fakat bu kalıplar arasında boşluklar olduğunu buldular. Daha sonraları, bu parçacık gruplarının, SU(3) (Üç boyutta özel bileşik grup (special unitary group in three dimension)'un kısaltması) olarak bilinen matematiksel simetri grubu teorisiyle ilişkilendirebilecekleri anlaşıldı. Sınıflandırmada kullanılan SU(3) şemasındaki boşluklardan biri, negatif yüklü ve üç birimlik tuhaflığa sahip olan yeni bir parçacığa karşılık geldi. Fizikçiler bu parçacığa omega-eksi (omega-minus) adını verdiler. Daha sonraları, 1964 yılında, New York'taki Brookhaven Ulusal Laboratuarı'ndaki bir araştırma grubu, bu teorinin tahminler yürütmek için kullanılabileceğini onayladı; bu aynı zamanda kuark kavramına giden yolu da açmış oldu. SU(3) matematiği, büyük grupların (oktet ve dekupletlerin), sadece 3 üyeden oluşan basit bir gruptan yapılı olması gerektiğini gösterdi. Dolayısıyla, gözlenen hadron gruplarının, üç parçacıklı gruplardan oluşup oluşmadığı sorusu gündeme geldi. Gell-Mann ve bağımsız olarak bir başka Amerikalı George Zweig, hadronların gerçekten de bu tip temel yapılardan oluştuğunu öne sürdüler. Gell-Mann, James Joyce'nin Finnegan'ın Uyanışı (Finnegans Wake) isimli kitabından bir alıntıyla, bunlara kuark adını verdi. Bununla beraber, gözlenen hadronları gruplandırmak için kuarkların, elektronun sahip olduğu yükün (e) 1/3 ve 1/4'ü kadar kesirli elektrik yüklerine sahip olması zorunluluğu ortaya çıktı.

    [​IMG]

    19. yüzyılın başlarında Michael Faraday, elektroliz üzerine çalışmalarında, elektrik yükünün daima bir “birim” yükün tam katları şeklinde olması gerektiğini ortaya koymuştu. J.J. Thomson'un, 1897 yılında, tüm maddelerin bilinen ilk temel parçacığı olan elektronu keşfetmesi, bu yükün, elektronun yükünden başka bir şey olmadığı fikrini uyandırdı. Dolayısıyla ilk başta, kuarkların böyle kesirli yüklere sahip olması yepyeni bir bulgu olarak ortaya çıktı ve bazı fizikçilerin, kuarkların gerçek parçacıklardan ziyade, matematiksel artefaktlar olabileceğini düşünmelerine bile neden oldu. 1964 yılında bilinen tüm hadronları yapabilmek için, üç tane kuark gerekliydi. Biz bunlara, yükleri sırasıyla (2/3)e, -(1/3)e ve -(1/3)e olan, yukarı (up, u), aşağı (down, d) ve tuhaf (strange, s) kuarklar diyoruz. Yukarı ve aşağı kuarkların sıfır tuhaflığı varken, tuhaf kuark –1 tuhaflık değerine sahiptir. Kuarkları bir araya toplayarak, ½ spinli (duu olan proton, ddu olan nötron ve dus olan lambda gibi) veya 3/2 spinli (sss olan omega gibi) hadronları içeren baryonları elde ederiz. Alternatif olarak, bir kuark ve (yük ve tuhaflık bakımından tamamen ters değerlere sahip olan) karşı-kuarkı birleştirerek, mesonlar denen, 0 veya 1 spine sahip hadronları elde edebiliriz. Bunlar, yüklü pionları (u kuark ve d karşı-kuark, veya tersi) ve yüklü kaonları (u kuark ve s karşı-kuark, veya tersi) içerirler. Kuarklar fikrini, özellikle alışılmışın dışındaki kesirli yükleri nedeniyle olduğu gibi kabul etmek zordu. O zamana kadar hiç kimse, 1/3e veya 1/2e yük taşıyan parçacıklar gözlemlememişti. Ayrıca, madem diğer parçacıkların içinde yer alıyorlardı, o halde neden proton ve nötronun çekirdekten fırlatılmaları gibi, yüksek enerjili çarpışmalarda fırlatılmıyorlardı?
    Kuarkların, proton ve nötronların (yani günlük hayatımızda karşılaştığımız maddeleri oluşturan hadronların) içinde bulunduğu fikri, parçacıkların iç yapılarının derinlemesine incelendiği deneysel çalışmalardan ortaya çıkmıştır. Temel prensip, leptonlar denen daha az karmaşıklıkta parçacıklar kullanarak, daha karmaşık olan protonun iç yapısının aydınlatılmasıdır. Bildiğimiz kadarıyla, leptonlar, belli bir yapıları olmadığından ve bir nokta gibi davrandıklarından karmaşık değillerdir. Güçlü kuvvetten etkilenmezler; dolayısıyla, meydana gelebilecek herhangi bir etkileşim, (yüklü parçacıklar arasındaki) elektromanyetik kuvvet ve (belli ışımaetkinlik biçimlerinin temelini oluşturan çekirdek kuvveti olan) zayıf kuvvete bağlı olarak değerlendirilebilir. Bu deneylerin bir başka önemli özelliği, araştırmada kullanılan leptonların yüksek enerjiye sahip olmalarıdır. Kuantum teorisi bize bu “parçacıkların” aynı zamanda dalga tabiatına da sahip olduklarını söyler. Bir dalga parçacık yapısı söz konusu olduğunda, parçacığın enerjisi ne kadar yüksekse, ilişkili dalga boyu da o kadar kısadır. Dolayısıyla, bir parçacığın enerjisi ne kadar yüksekse, ilişkiye geçebileceği yapılar da o kadar küçük olacak, başka bir deyişle, çekirdek araştırması da o derecede derin olacaktır. İlginç olabilecek kadar büyük enerji düzeylerinde gerçekleşen çarpışmalar, genellikle protonun yeni parçacıklar oluşturmak üzere parçalanmasına neden olurlar. Bu tip çarpışmalar, bilardo toplarının çarpışmasına benzeyen “esnek” çarpışmalardan farklı, “esnek olmayan” çarpışmalardır. Bu iki etki beraber, derin esnek olmayan saçılma adıyla anılan ve leptonların protonun iç yapısını araştırmak üzere kullanıldığı yüksek enerji deneylerinin yapılmasını mümkün kılar. 1960'ların sonunda, California'daki Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi'nde (Stanford Linear Accelerator Center – SLAC) çalışan fizikçiler, protonun yapısını belirlemek üzere, 3 km uzunluğundaki bir araçtan elde ettikleri elektron huzmeleri ile deneyler yaptılar. Bu deneylerde elektron huzmeleri, negatif yüklü elektronların, hidrojende bulunan pozitif yüklü protonlar ile elektromanyetik kuvvet aracılığıyla etkileştiği, sıvı hidrojenden oluşan hedeflere yönlendirildi. Saptayıcılar, saçılan elektronların enerjilerini ve sapma açılarını ölçtüler. Bu ölçümlerin analizi sonucunda, protonun elektron açısından neye benzediği konusunda bir fikir sahibi oldular; bu fikir aynı zamanda, proton içindeki elektrik yüklerinin, yüksek enerjili elektronlarla nasıl etkileştiğini de göstermiş oluyordu. Elde edilen sonuçlar, elektronların proton boyutundaki yük bulutları içinden geçmekten ziyade, çok küçük, noktamsı yük yoğunlaşmalarına çarptıklarını gösteriyordu. Aslında bu “yığınlar”, elektronları yollarından saptıracak ve elektrondan protona büyük miktarlarda enerji ve momentum aktarımına neden olacak kadar da yoğundular. Bu bulgular, protonun aslında daha küçük bölümler veya (Amerikalı teorisyen Richard Feynman'ın deyişiyle) “parton”lar içerdiğine dair önemli kanıtlardı. Peki ama, bu partonlar, kuarklar mıydı acaba? Bu bağlantıyı sağlayabilmek için, partonların yüklerinin bilinmesi gerekiyordu. Elektronlar partonlarla etkileştiklerinde, elektromanyetik kuvvet aracılığıyla saçılırlar. Bununla beraber, nötrinolar yüksüzdür ve sadece zayıf kuvvet yoluyla etkileşebilirler. Dolayısıyla, bu iki tip parçacığın saçılma miktarları karşılaştırıldığında, partonların yükü ortaya çıkarılabilirdi. Bu konuda ilk sonuçlar, Cenevre'deki Avrupa parçacık fiziği araştırma merkezinde (CERN), Gargamelle denen büyük bir kabarcık odası ile deneyler yapan fizikçilerden geldi. Fizikçiler, Gargamelle'den elde ettikleri nötrino sonuçlarını, SLAC'dan gelen elektron sonuçları ile karşılaştırdıklarında, bu sonuçların, partonların 1/3e ve 2/3e yükler taşıdıklarını çok güzel bir biçimde ortaya koyduğunu gördüler. Artık, alışılmadık kesirli elektrik yüklerine sahip kuarkların, proton ve nötronların bileşenleri oldukları kanıtlanmıştı.[1]
    Yukarı Kuark

    Yukarı kuark; fizikte, Standart Model'de tanımlanan bir parçacık. +(2/3)e elektrik yükü ile, birinci kuşak kuarktır. Tüm kuarkların en hafifidir. Kütlesi tam olarak hesaplanamaz. Fakat 1.5 - 4 MeV arasındadır. Parçacık fiziğindeki Standart Model'e göre altı tip kuark vardır.[6]
    Aşağı Kuark

    Aşağı kuark, elektrik yükü -(1/3)e olan temel parçacık. Tümünde ikinci hafif kuarktır. Çıplak kütlesi tam olarak hesaplanamaz, ancak 4 - 8 MeV arasındadır.

    Yukarı kuark ismi, Gell-Man ve Zweig tarafından Kuark Modeli'nde 1964 yılında verilmiştir.[7]
    Garip Kuark

    Garip, elektrik yükü -(1/3)e olan ikinci kuşak bir kuark'tır. Kütlesi aşağı ve yukarı kuarktan büyük olmakla birlikte 80 -130 MeV arasındadır. İlk garip parçacık, 1947 yılında keşfedildi ve "Kaon" adı verildi.[8]
    Tılsım Kuark

    Tılsım kuark; ikinci kuşak, +(2/3)e elektrik yüküne sahiptir. 1.3 GeV ile üçüncü büyük kütleli kuarktır. (Proton'dan bir parça daha ağır.) 1970'te Sheldon Glashow, John Iliopoulos ve Luciano Maiani tarafından önceden tahmin edildi ve gözlemi kasım 1974 yılında yapıldı. SLAC'da (Stanford Linear Accererator Center) eş zamanlı bir keşfi J/ψ tılsım parçacığını bularak yaptı.[9]
    C = Nc - Nc
    Kuark Yıldızı

    Kuark yıldızı, henüz varlığı kanıtlanmamış ve olması ihtimali çok düşük olan bir yıldız tipidir. Protonların içinde bulunan kuarkların birleşip bir yıldız oluşturması için önce protonun parçalanması gerekmektedir. Şu anki bilgilere göre bu gerçekleşme olasılığı çok düşük bir olaydır, çünkü bir protonun parçalanması için gereken basınç ve sıcaklık öyle yüksektir ki, üst dev bir yıldız bile gereken bu basınç ve sıcaklığa ulaşamaz.[10]

    [​IMG]

    Kuark Yok Edilişleri

    Bir protonla karşıt protonun yüksek enerjilerle çarpışması sırasında, protondaki bir yukarı kuarkla, bu kuarkın karşıt protondaki karşıtı; güçlü etkileşimin aracılığıyla birbirlerini yok ederek, bir üst kuarkla karşıtını oluşturabilirler. Üst kuark, en ağır kuark olduğundan, aracı gluonlar sanal olmak zorundadır. Üst kuarkla karşıtı daha sonra, diğer parçacıklara dönüşür.[11]
    Madde - Karşıt Madde

    Kuarkları incelemenin bir başka yolu, diğer parçacıklar içinde aramak yerine onları "yapmaktır". Kuarklar, yeni partiküllerin, özellikle kuark-karşı-kuark çiftlerinden oluşmuş mezonların oluşmasıyla sonuçlanan yüksek enerjili çarpışmalarda ortaya çıkarlar. Bununla beraber, kuark oluşturmak için ulanılabilecek özellikle ilginç olan bir başka yol, elektronların, karşı-parçacıkları olan pozitronlarla çarpıştırılmasıdır. Bir parçacık, kendisiyle aynı kütleye, fakat yükü gibi zıt özelliklere sahip karşı-parçacığına rastladığında, sonuç kendi kendine oluşan bir yıkımdır ve yok oluş (annihilation) olarak adlandırılır. Parçacık ve karşı-parçacığı yok olurken, birleşen kütleleri foton biçiminde enerjiye (veya enerjileri yeterince yüksekse, Z0 denen bir parçacığa) dönüşür. Foton ise, enerji yeni bir parçacık ve karşı-parçacık oluşumuna yol açana kadar, yalnızca kısa bir an için varlığını sürdürür. Oluşan yeni parçacık-karşı-parçacık çifti, yok oluşa uğrayan parçacık çiftiyle aynı olmak zorunda değildir. Eğer yeterli enerji varsa, bir elektron-pozitron çifti, bir muon-karşı-muon çifti, bir tau-karşı-tau çifti veya herhangi uygun bir kuark-karşı-kuark çifti oluşturabilir. 1974 yılında, elektron-pozitron yok oluş deneyleri, yeni, daha ağır, dördüncü bir tip kuark olan ve büyülü (varlığının bulunması bazı teorik problemlerin çözümü için büyü gibi işlev görmüştü) olarak adlandırılan bir kuarkın varlığına dair deliller sağladı. SLAC'da inşa edilmiş olan bir elektron-pozitron çarpıştırma makinesinde yapılan deneyler, J/psi olarak adlandırılan yeni bir parçacığın varlığını ortaya koydu. J/psi, bir büyülü kuarkın, anti-kuarkı ile bağlanması sonucu oluşan bir mezondur. Çarpışan elektron ve pozitronun toplam enerjileri, J/psi'nin kütlesini (protonun kütlesinin 3 katı kadar) oluşturmaya yeterli olduğu takdirde, araştırıcılar, detektörlerinden akıp geçen parçacık oranında inanılmaz bir artış gözlediler. Bunlar, kararsız olan J/psi parçacığının bozunma ürünleriydi. J/psi parçacığı, Brookhaven laboratuarında, yüksek enerjili protonların berilyum bir hedef ile çarpışmaları sonucu oluşan elektron ve pozitron çiftlerinin incelendiği bir başka deneyde de ayrıca keşfedildi.

    Buradaki durumda, SLAC'da gözlenen sürecin tam tersine araştırıcılar, J/psi parçacığını, kuarkı ve antikuarkının bir elektron-pozitron çifti oluşturacak şekilde yok olması sonucunda gözlediler. Beşinci ve daha ağır, alt denen bir kuark da, benzer biçimde, 1977 yılında Illinois Fermilab'daki deneylerde ortaya çıktı. Burada araştırıcılar, yüksek enerjili protonların bir hedefle çarpışmaları sonucu ortaya çıkan muon-anti-muon çiftleri üzerine çalışıyorlardı. Bu kez, protondan yaklaşık 10 kat ağır olan yeni bir parçacık hakkında kanıtlar buldular. Bu parçacık, alt kuarkın anti-kuarkı ile bağlanarak oluşturduğu yeni ve ağır bir kuark olarak değerlendirilebilirdi. Tuhaf kuark gibi, büyülü ve alt kuarkların her ikisi de, oluşmalarına yardım ettikleri parçacıklara verdikleri, kendilerine has bazı özellikleri taşıyor gibi görünmektedirler. Örneğin, bir büyülü kuark ile başka bir tipten anti-kuark içeren “büyülü” mezonlar mevcuttur. Kuarklar, zayıf kuvvet aracılığıyla bir tipten diğerine dönüşebilirler ve en sonunda, alt, büyülü ve garip kuarkların tümü, gündelik hayatta karşılaşılan maddelerde, u ve d kuarklara bozunurlar.[1]
    Kuark - Gluon Plazması (KGP)

    Bugüne kadar, RHIC (RELATİVİSTİK AĞIR İYON ÇARPIŞTIRICISI) deneylerinde, çok ilginç sonuçlar üretilmişti. Ancak çok azında, bu kadar özel bir sonuç ortaya çıktı: "maddenin yeni formu".

    Gerçekte, bu Evren için yeni bir şey değildir. Ancak insanoğlu için yeni bir sonuçtur. "Kuark-gluon plazması(KGP)"nın, Big Bang'tan sonraki, ilk saniyenin 1/10.000.000 anında; yani Evren'in doğumu anında, ortaya çıktığı düşünülüyor. Ayrıca, büyük ihtimalle, nötron yıldızları denen çok yoğun yıldızların çekirdeklerinde de "kuark-gluon plazması" (KGP) bulunuyor.

    Maddenin bu yeni haline, "kuark-gluon plazması" (KGP), deniyor. İsminden de anlaşılacağı gibi KGP, kuark ve gluonlardan oluşan bir "çorba"; yani "plazma formu"dur.

    Fizikçiler, RHIC çarpışmalarının, altın çekirdeğini, çok fazla "ısıtıp-sıkıştırarak"; altın proton ve nötronlarını üst üste getirdiklerini ve kısa bir zaman içinde, "aşırı derecede bir enerji alanı" yaratılarak; bu alanda çok büyük sayıda kuarkların ve gluonların ortaya çıktığını ifade ediyorlar. İşte buna "kuark-gluon plazması" diyorlar.

    Aşağıdaki şemada, bir faz geçişi görüyorsunuz. Kırmızı, mavi ve yeşil küreler, kuarkları göstermektedir. Kuarklar ise, birbirine siyah çizgi ile gösterilen gluonlarla bağıldırlar. Başlangıçta, kuark üçlüleri ve gluonlar, proton ve nötronların içinde paketlenmiş haldedir. Proton ve nötronlar bilindiği gibi, atomun çekirdeğinde bulunmaktadırlar.

    [​IMG]
    Basınç ve ısı arttığında, piyon denen yeni parçacıklar artar. Bu parçacıkların, kuark ve antikuarklardan oluştuğu bilinmektedir.Sonunda şartlar, faz değişimi için hazır hale gelir ve "kuark-gluon plazması" ortaya çıkar.

    Önemli olan bir noktada şudur: kuarklar, gluonlar ve antikuarklar, normal zamanda sahip oldukları bağlardan serbest kalmışlardır ve biri diğeriyle serbestçe bağlanabilmektedirler.

    Bir RHIC çarpışmasında, KGP elde edilse de, bu plazma, çok çabuk bir şekilde soğur, genişler ve hadronlarını oluşturmak için birleşir. Fizikçiler, KGP'nin ortaya çıkışını, doğrudan gözlemleyerek tespit edemezler. Çünkü KGP'nin yaşamı, oldukça kısadır. Ancak çarpışmayla ortaya çıkan "parçacık yağmuru"na bakarak, KGP'yi saptayabilirler.

    KGP üreten bir çarpışma, KGP üretmeyen bir çarpışmaya göre, çeşitli ve farklı oranlarda parçacıklar gönderir. Big Bang sonrasında, Evren'in soğuma aşamalarıyla ilgili bir zaman doğrusu, aşağıdaki grafikte, gösterilmiştir. Grafiğin üstündeki mor alan, KGP'nin ortaya çıktığı bölümdür ve sıcaklık, 1.000.000.000.000 °C'nin üstündedir. Alt soldan başlayarak, Evren'in gelişimini, 0,000000001 inci saniyeden bugüne dek inceleyebilirsiniz.

    [​IMG]
    Evren yaşlandıkça ve soğudukça; plazma, protein ve nötronları oluşturacak şekilde birleşir ki bu, "hadranizasyon aşaması"dır. Daha sonra çekirdek ve atomlar oluşur ki bu aşama, "nükleosentez aşaması"dır. Son olarak da, yaşamın ortaya çıkmasına imkan verecek olan, "atomlar ve moleküller" oluşur.[12]
    Kaynaklar

    [1] www.zamandayolculuk.com/cetinbal/kuarklarx.htm
    [2] www.sizinti.com.tr/konular.php?KONUID=3470
    [3] tr.wikipedia.org/wiki/Kuark
    [4] http://www.biltek.tubitak.gov.tr/hab...ik/S-428-6.pdf
    [5] http://www.delinetciler.net/forum/ev...-kuarklar.html
    [6] tr.wikipedia.org/wiki/Yukarı_kuark
    [7] tr.wikipedia.org/wiki/Aşağı_kuark
    [8] tr.wikipedia.org/wiki/Garip_kuark
    [9] tr.wikipedia.org/wiki/Tılsım_kuark
    [10] tr.wikipedia.org/wiki/Kuark_yıldızı
    [11] http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bil...yokedilis.html
    [12] http://www.yaklasansaat.com/evren/ka...kuarkgluon.asp
     
  2. avatar

    avatar Üye

    Eline sağlık paylaşım için teşekkürler
     

Bu Sayfayı Paylaş