Katalog

Devlerin savaşı Maddenin yapısının en deı Atomları, atomların çekirdeklerinin yapısındaki unsurları parçalamak için, Avrupa ile ABD arasında, mantık sınırlarını zorlayan dev süper çarpıştırıcılar savaşı başladı. Çarpı»anın sonucu 1 bozon "şokun" etkisiyle "patlar" ve bu şekilde serbest kalan enerji maddeye, yani yeni parçacıklara dönüşür. Bu olay daha önceden, Einstein'ın E=mc 2 formülüyle açıklanmıştır. Hızlandırılmış parçacığın enerjisi (£) ne kadar çok olursa," oluşan parçacıkların kütlesi (m) de o kadar büyük olur. Parçacık hızlandırıcılarının çalışması nükleer santrallarınkinden bütünüyle farklıdır: Nükleer santraller maddeden (uranyum) enerji üretirken, hızlandırıcılar enerjiden madde (parçacıklar) üretir. Elektron' ya proton: Fizikçih elektronlara karşı atları vardır, çüı bunlar tek unsı parçacıklardır ve rpışmaları bazon, dan başka bir { vermez. Elektron, la antielektronlar 6 sındaki 60 GeV çarpışmalar geneı le tek bir Z° bozc doğurur (1). ProU lar alt parçacıklarc (kuarklar) oluştuk nndan, iki prcton da proton antip ton çarpışmalann üç kuark üç kuar, ya da antikuarı çarpışır. Çeviri: Murat A rın eş yıl önce 27 km'lik bir hızlandırıcı inşa etmeye karar veren CERN'in (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) fizikçilerı şimdiye kaciar büyüklük rekorunu ellerinde tutuyorlardı. Bugün Amerıkalılar daha iyisinin yapılabileceğini kanıtlamaya çalışıyorlar: Üç yıldır üstünde çalıştıkları, halkası 100 km uzunluğunda olacak bir süper çarpıştırıcı projesi Reagan'ın onayını alarak inşa edilmeye başlandı. Mantık sınırlarını zorlamaya başlayan bu yarışın sebebi ne? Yanıt, parçacık fiziğinin temelinde yatıyor. Daha küçüğe erişmek için daha buyük inşa etmek gerekir. Yalnızca parçacıklar atomları, bunların çekirdeklerini ve çekirdeklerin yapısındaki unsurları parçalamak için kullanılabılecek kadar küçüktürler. Aşırı hızlandırılmış parçacıklar, daha fazla yeğlenirler, çünkü ne kadar çok enerjileri olursa, maddenin yapısının o kadar derinine inebilirler. Örneğin boyu 10* cm olan bir atomu incelemek için birkaç bin elektrovolt yeterli olur (1). Ancak atomun çekirdeğinde (boyu: 10'2 cm) proton ve nötronlar düzeyindeki olaylar izlenmek isteniyorsa, 1 milyon elektron voltluk (1 MeV) parçacık demetleri kullanılması gerekir. Eğer daha da ileri gidilip proton ve nötronların yapılarına (kuarklar; boyları: 10" cm) erişilmek isteniyorsa birkaç milyar elektronvoltluk parçacık kullanılmalıdır. B arpışmanı ucu: Blrçok alk Yeni parçacıklar 6O'lı yıllarda, hızlandırıcılar sayesinde birçok yeni parçacık ortaya çıkarıldı. Maddenin basitçe nötron, proton ve elektrondan oluştuğunu düşünen fizikçiler onlarca temel parçacığın bulunuşuyla ortalığın karışmasını izlediler. Bu yeni parçacıkların, protonlar ve nötronlar gibi, daha küçük parçacıkların (ku . arkların) birleşimleri ya da elektronların "kuzenleri" (lepton ailesinden) olduklarını görmeleriyle durum biraz olsun aydınlığa kavuştu Bugün, fizikçiler maddenin temel yapı unsurlarının 12 adet olduğuna inanıyorlar: 6 çeşit kuark (d,u,s,c,b ve t) ve 6 lepton (elektron, müon, to, nötrino, müon nötrinosu ve to nötrınosu). Ama ilerde daha temel parçacıklar bulunabilir. turan kuarkların kendi aralarında bağlanmalarını ve atom çekirdeklerinin butünlüğünü sağlarlar. 2) Elektromanyetlk etkileşme: Elektrik yüklü tüm parçacıklarda görülür. Atomun oluşumunda elektronları çekirdeğe, moleküllerin oluşumunda atomları birbirlerine bağlar. 3) Zayıf «tklleşme: Birleştirici gücü yoktur. Birçok parçacığın, özellikle bazı radyoaktif çekirdeklerin bozunmalarından sorumludur. 4) Gravitasyonel etkileşme: Yer çekiminin motorudur. Ama atomlar düzeyinde gücü çok az olduğundan (2) parçacık fizikçileri genellikle dikkate almazlar. Araştırmacılar, daha da büyük bir basitleştirme için, yıllardır bu dört etkileşmeyi birleştirmeye, yani bu dört kuvvetin aslında bir tek gücün dört değişik şekli olduğunu kanıtlamaya çalışıyorlar. Son yıllarda amaçlarına biraz olsun yaklaşabildiler. Bugün, üç temel etkileşme iki kuramla açıklanıyor: Güçlü etkileşme "kuantumkromodinamik" kuramıyla tanımlanırken, zayıf ve elektromanyetik kuvvetler bir gücün iki görünümü olarak nitelendirildikleri "elektrozayıf" kuramıyla birleştirildi. Dört temel etkileşme 12 temel parçacık kendi aralarında birçok şekilde etkileşebiliıier. Fizikçiler bilinen olaylardan yola çıkarak dört temel etkileşme (kuvvet) olduğunu belirlemişlerdir: 1) Güçlü etkileşme: Adından da belli olduğu gibi temel etkileşmelerin en güçlüsüdür. Protonları, nötronları, vb. olus Muhteşem enerji depoları Hızlandırıcıların kullanımı saçılma deneyleriyle sınırlı değildir; bunlar aynı zamanda, yeni parçacıklar üretebilecek muhteşem enerji depolarıdır. Birkaç GeV enerji yüklü küçük boydaki bir kütle, diğer bir kütleyle karşılaştığı zaman nin 90 GeV civarında olduğunu hesapladılar (Enerji birimi olan GeV aynı zamanda kütle birimidir, parçacık fiziğinde kütle ve enerji değişkendirler). 90 GeV, parçacıklar için çok ağırdır (proton ve nötron aşağı yukarı 1 GeV ağırlığındadırlar). Elektrozayıf kuramını kanıtlamak için, W , W ve 2° bozonlarının varlığını deneysel olarak göstermek, yani onları enerjiden maddeleştirmek gerekmekteydi. Ne yazık ki, 70'li yılların sonlarında kullanımda olan bütün hızlandırıcılar bu kadar ağır parçacıklar oluşturmaya yeterli enerjiyi saglamaktan uzaktılar. CERN'de çalışan İtalyan fizikçi Carlo Rubbia, tam bu sırada, Avrupa'nın en büyük hızlandırıcısı olan SPS'yi (superprotonSinkrotron) değiştirmeyi önerdi. 7 km çevresi olan bu makine, sabit hedeflerin bombardımanında kullanılan 450 GeV'lik parçacık demetleri sağlıyordu. Ancak bu tip deneylerde enerjinin büyük bölümü boşâ harcanıyordu: Hızlandırılmış protonlarda 450 GeV enerjiden yalnızca 30 GeV'si parçacık yarat Dört temel kuvvet birleştirllecek mi? Parçacık flzlği Elektronların önemli bir kusuru vardır: Eğn bir yörüngede hızlandınlmaları zordur. X ışınları yayarak kaybettikleri enerjiyi hızlandıncılardan geçerken daha fazla enerji vererek telafi etmek gerekir (1). Protonlan eğn yörüngede tutmak ıçınse, elektronlara göre daha güçlü manyetik alanlar sağlamak gereklidir (2). Mipcat kalan •tkln enerfl: Bu bütün fizikçilerin rüyası. Bugün için, dört etkileşmenin de aracı parçacıklar yardımıyla gerçekleştiği belirlenebildi. Şöyle ki, bu dört kuvvetin temelinde enerji alışverişi yatıyor. Bu da parçacıkların alışverişiyle sağlanıyor. Örneğin elektromanyetik kuvvet fotonlarla yönleniyor. Diğer bir deyişle, elektromanyetik etkileşme foton alışverişiyle gerçekleşiyor. Güçlü etkileşme glüon adlı 8 çeşit parçacıkla yayılıyor. Zayıf etkıleşmede, aracı olarak, üç bozon (W*, W ve Z°) var. Gravitasyonel etkileşme ise, halen kuramsal bir parçacık olan gravitonla aktanlıyor. Ağır bozonlann varlıkları, elektrozayıf kuramı geliştirilince ilk olarak k&ğıt üstünde kabul edildi. Fizikçiler, kütleleri