TEMEL TANECİKLER

Temel tanecikler, bir yandan atom çekirdeğiyle bunun elektron bulutunu oluşturan tanecikler, öte yandan da mermi taneciklerinin (kozmik ışınlar ya da hızlandırıcılarda yüksek bir hız kaşanan tanecikler) hedeflere çarpmasıyla ortaya çıkan taneciklerdir. Bunlardan ilki çoğunlukla ana tanecikler olarak adlandırılırlar; yaşam süreleri nispeten kısa olan ikinci tanecik kümesiyse nükleer tepkimelerde, özellikle de parçalanma tepkimeleri sırasmda ortaya çikm geçiş tane-dkleri’dir.
TEMEL TANECİKLERİN SINIFLANDIRILMASI
Tanecikler fiziği henüz tanım evresin-dedir. Son yıllarda, bulunan tanecik sayısında büyük artış gözlendi. Bunlar yüzden fazladırlar ve aynı yapılı tanecik toplulukları içindeki tutumlarına göre iki büyük sınıfa ayrılırlar: Fermi-Dirac istatistiğine uyanlara fer-miyon, Bose-Einstein istatistiğine uyanlara bozon adı venlir. Fennıyon-lar daha hafif tanecikler olan lepton-lar’ı {elektron, müon, nötrino) ve ağır tanecikler olan baryonlar’ı kapsar. Baryonlar arasında çekirdek bileşenleri olan nükleonlar{proton ve nötron) ve nükleonlardan daha ağır tanecikler olan hiperonlar yer alır.Hiperon-lar, başka taneciklerin parçalanmasıyla oluşurlar ve olağandışı olarak ni-
telenmelerine yol açan niteliklere sahiptirler: Özellikle oluşmaları ile parçalanmalarım yöneten hızlar ve kuvvetler yalnızca tümüyle farklı bir ölçekte değerlendirilebilirler. Bozoıılar sınıfında yer alan tanecikler fotonlar ve^mezonlar’dıv: Nükleer alana eşlik eden tanecikler olan * mezonlar’ı ya da piyonlar ’ı ve hiperonlar gibi olağandışı tanecikler olan eta ve K mezonları.
Bununla birlikte, bu sınıflandırma, kullanılan tek sınıflandırma değildir. İşe taneciklerarası etkileşim şiddeti karıştırılırsa, şöyle bir sınıflandırma elde edilir: Kuvvetli etkileşime sahip hadronlar (baryonlar ve mezonlar); elektromagnetik etkileşimli fotonlar; zayıf etkileşimli leptonlar; varlıkları henüz kesin biçimde kanıtlanmamış olan çekim etkileşimli gravitonlar. Gell-Mann, Ne’eman, Nişijima tarafından ortaya çıkarılan bazı düzenliliklerden, özellikle de bazı bakışım özelliklerinden yararlanılarak, tane-
Sınıf Alt- I sınıf Tanecikler Kütle (1) Yük (2) Simge Karşıt taneciğin simgesi Yaşam süresi (sn)
Fermiyon- lar LEPTONLAR Nötrino Elektron Müon 0 1 207 0 -e -e V P’ t» V P+ r Kararlı Kararlı 10-®
BARYONLAR Proton Nütron Lambda hiperonu Sigma hiperonu Ksi hiperonu Omega hiperonu 1 836 1 838 2 181 2 328 2 335 2 343 2 584 2 577 3 280 +e 0 0 +e 0 -e 0 -e -e P n A° z- 2° £+ £2′ p n ° S* s° ÇO or Kararlı 103 10-’° 10-10 10» 10″10
FOTON Foton 0 0 r Y Kararlı
Bozonlar MEZONLAR Pi mezonları ya da ptÿonlar K mezonlan Eta mezonlan 273 966 966 1 075 +e +e 0 0 7t+ K+ K° H* Tt” K- K° ? 10’8 10‘8 10-10 <10-’6
0,9.10 kg)
(2) e=1,602.10~,8C
cikler katlı biçimde (sekiz katlı, on lı) kümelendirilebilmişlerdir. Bu modellerin tanımlanması rnatema kümeler kuramından yararlamln na neden olmuştur; bu kuram çe taneciklerin üç temel tanecikten ni farklardan oluştuğunu göste LEPTONLAR. Leptonlar (“hafif’ lamına gelen yunanca leplos’tan mesi, adım başlangıçta oluştuğu t ciklerin zayıf kütlesinden (elekt müon ve nötrino) aldı. 1977’de t | taneciğinin bulunması bu sınıflar ma ölçütünü geçersiz kıldı: Nitek her bakımdan, son bulunan üç 1« na benzeyen bir tanecik olmakla İlkte protonunkinin yaklaşık iki olan bir kütleye (3 540 m.; mo, < tron kütlesidir) sahiptir. Artık le] lffrm temel özelliğinin kuvvetli el şime girmeyen tanecikler olduğı bul edilir. Ayrıca, leptonlar iç ya sahip olmadıkları sanılan taneci dir; bu da onları öbür tanecikleri ğundan ayırıcı bir niteliktir. Le] larm “temel” niteliği, yeni taı hızlandırıcılarının gerçekleştiı projelerinin gitgide daha çok elel hızlandırıcılarına yönelme nedeı ni açıklar (oysa 1975’e kadar öz le proton hızlandırıcıları yapılma dı).
HADRONLAR. Obür tanecikler mflandırılması önceleri, lepton tanımlanmasında yararlanılan tün benzerine dayanılarak sağl Mezonları (“orta” anlamına gele nânca mesos’tan) elektronun m leşiyle protonun 1836 m» kütleş smda bulunan kütlelere sahip taı ler olarak sınıflandırmak uygun; dü. Aynı biçimde baryonlar (“ anlamına gelen yunanca baru arasında da protonunkine eşit yüksek kütleli tanecikler sınıflaı dı. 1974’te bulunanların j ya (psi) adını verdikleri 6 060 nıel bir mezonun, daha sonraysa 19 kütlesi 18 510 m0 olan Y (upsiic zonun bulunmasıyla, tanecikle:
.aburaH odasındaki :ık izlerin gösteren ııosraj
lelerine göre sınıflandırmaya dayanan ilke ¿esin biçimde bir yana bırakıldı.
Bundan sonra, mezonlar ve baryonlar gibi kuvvetli (güçlü) etkileşim yapan bütün tanecikler hadron (“sert, kuvvetli” anlamına gelen .yunanca hadros’tan) adı altında toplandı. Bütün hadronlarm kuarklardan oluştuğu sanılmaktadır; mezonlar ve baryonlar arasındaki fark, mezonların çift (kuark + karşıt kuark), baryonla-rınsa üç kuarktan oluşmasından kaynaklanır.
TEMEL TANECİKLERİN ÖZELLİKLERİ
Temel taneciklerin bir bölümü, bilinen fiziksel büyüklüklere (kütle, yük, ya-
şam süresi), bir bölümü de sezgisel olarak kabullenilmesi güç kavramlara (spin, izospin, parite) dayanan birçok niteliğe sahiptirler. Taneciklerin öz kütlesi, bunlara bağlı bir referans sistemindeki kütleleridir. Elektriksel yük, taneciklerin temel özelliklerinden biridir. Elektronun, temel elektrik “tanesi” olduğu bilinmektedir; bu iletkenlerde yer değiştirmesi elektrik akımını oluşturur. Yükünün değeri l,602xl0’19 coulombdur. Protonun yükü de aynı olmakla birlikte elektron yükü negatifken protonunki pozitiftir. Öbür tanecikler yüksüz (foton, nötron, nötrino, vb.) ya da elektronunki gibi negatif yüklü veya protonunki gibi pozitif yüklüdürler.
Elektron ve proton gibi bazı tanecikler kararlıdır ve yaşam süreleri sonsuzdur. Bunlar kuşkusuz ilk bulunan taneciklerdir. Ama kozmik ışınlar ya da büyük hızlandırıcıların mermilerinin yol açtığı nükleer tepkimelerin incelenmesi, ortalama yaşam süreleri çok kısa olan birçok taneciğin varlığını ortaya koymuştur: Bazı hiperonlar için İO”10 sn’den, bazı mezonlar için 10~18 sn’ye kadar. Nötronun ortalama yaşam süresiyse 1 013 sn’dir. Temel taneciklerin sınıflandırılmasında, atomun enerji durumlarının sınıflandırılmasında olduğu gibi tam ya da yarı-tam olan ve spin kuvanta sayısı ya da spin adı verilen bir sayıdan yararlanılır. Bu sayı taneciğin kinetik momentini,, belli bir eksen çevresinde yaptığı dönme hareketinden yararlanarak değerlendirmeyi sağlar. Bu kinetik momente, deney yardımıyla doğrudan varılan bir magnetik moment eşlik eder. Böylelikle taneciklerin 0,
+ 2’~2 yada daha ender olarak
+•1 ve +| ’ye eşit bir spine sahip
olduğu gösterilmiştir. Parite, izospin, vb. kavramlar ancak kuvanta mekaniği çerçevesinde kavranabilen soyut kavramlardır. 1929’da Schrödinger denkleminden yola çıkan Dirac’m kuramından doğan karşıt tanecik kuramı da böyle bir kuramdır: Her taneciğe, kütlesi eşit ve karşıt yüklü bir karşıt tanecik denk düşer; 1932’de po-zitonun bulunması, Dirac’m kuramını doğrulamıştır. Karşıt tanecikler topluluğu karşıt maddeyi oluşturur. Madde-karşıt madde tepkimesi karşılıklı birbirini yok etme tepkimesidir.
TANECİKLERİN ARANMASI
Parçalanma tepkimeleri ya da nükleer tepkimeler sırasında yayımlanan
taneciklerin aranması (ya da deteksıl yonu) ve bunların özelliklerinin incel lenmesi, taneciklerin maddeyle etkile şimine dayanan özel yöntemlerin düL zenlenmesiyle olanaklı hale getirilmişi tir. Bu işlem için üç tür aygıt kullanıl lir: Fotoğraf emülsiyonu; sayaçlar; yöjj rüngelerin görselleştirilmesini sağlal yan odalar.