Katalog

YÜKSEK ENERJİ F İ Z İ 6 İ Tepeden tırnağa parçacıklar dünyası Prof. Dr. Tekin Dereli, parçacık, veya diğer adıyla yüksek enerji fiziğiyle ilglli sorularımızı yanıtladı ve bu alanda yapılan çalışmaları özetledi. Röportaj: Nazik Yakuphanoğulları a^Utom çeklrdeğlnl oluşturan parçacıklaria llgllenon flzlğl kısaca tanıtır mısınız? Dereli Atom çekırdegını oluşturan parçacıklarla ılgılenen fizik, parçacık fızığıdır Parçacık fızığı ya da daha sık kullanılan adıyla yuksek enerji fızığı, maddeyı oluşturan parçacıklarla, bunlar arasındakı etkın kuvvetlerı olanaklı en temel duzeyde ınceler Maddenın yapısı, billmsel tarıhın her evresınde guncel kalmış bır konu, ancak, zaman ıçerısın de, ıncelenen olaylar değışime uğramış Maddeyi oluşturan parçacıkların ıncelenmesı, bugunun parçacık fizığı araştırmalarına, tarıhsel gelışımı ıçınde bakıldığında, molekullerın atomlardan, atomların bır çekırdekle bunun çevresınde dolaşan elektronlardan, çekırdeklerın proton ve nötronlardan oluştugunu gösteren buluşların doğal bir devamı Son 20 yıl ıçınde, araştırmalarla, proton ve nötronların ve bunlara benzer daha pek çok çekırdekaltı parçacığın kuvark adı verılen daha temel parçacıklardan oluştukları kanıtlandı Gunumuzde parçacık fızıkçılerı, şu konulardakı araştırmalarla ılgılenmekteler 1) Çekırdeklen oluşturan parçacıkların kuvarklardan nasıl yapıldıkları, 2) Elektron glb! çekırdek ıçınde bulunmayan temel parçacıkların ve kuvarkların fızıksel özellıklerı Temel parçacıklar arasındakı etkın kuvvetlerın ıncelenmesı, Newlon ve Eınsteın'ın kutleçekımı (gravıtasyon), Maxwell'ın elektromanyetızm uzerındekı çalışmalarının doğal bır uzantısı sayılmakta Ancak, kutleçekım kuvvetlerı pek zayıf kaldıklarından, böyle bır parçacık henuz gözlenebılmış değıl Şıddetlı kuvvetlerın taşıyıcılarına gluon adı verılmekte Varlıklarının kanıtları ılk kez 1979'da, Hamburg'dakı DESY (Oeutsches ElektronenSynchrotron) Laboratuvarları'nda bulundu Zayıf kuvvet lerın taşıyıcıları W ve Z bozonları. Bu çok ağır parçacıklar, ılk kez, 1983 yılında Cenev re'dekı unlu CERN (Centre Europeene des Recherche Nuclaıre) Laboratuvarları'nda gozlemlendıler Elektrlksel kuvvetlerle manyetık kuvvetler, elektromanyetık kuvvetlerın değışık koşullardakı değışık görunumlerı Bugun, zayıf kuvvetlerle elektromanyetık kuvvetlehn de elekuretmektedırler örnek olarak CERN'dekı deney olanaklarını esas alalım 19591976 yılları arasında CERN'ın esas hızlandıncısı olan proton hızlandıncısı (PS), yerın 40 metre altında, çapı 2,2 km olan bır tunel ıçınde Parçacıklar, 12 cm yarıçapındakı vakumlu bır tup ıçınde dönüyorlar Parçacıkları daıresel yörungelerde tutmak ıçın, çok guçlu (ustun ıletken) mıknatıslar kullanılıyor Parçacıklar, yörungenin bellı noktalarında, elektrık alanı uygulanarak ıvmelendırılıyorlar Istenen enerjıye erıştıkçe de bır manyetık alanla dışarıya alınıp etkıleşme bölgelerındekı hedeflere yöneltılıyorlar Gözlemlerın yapıldığı yerler de etkıleşme bölgelerındekı bu hedefler Hızlandırılmıs parçacıklar duran bir hedefe çarptıklarınaa, enerjının buyuk kısmı, çarpışmadan çıkan parçacıkların kınetık enerjısıne dönuşur Bu kaybın önlenebılmesı ıçın zıt elektrık yuklu ıkı parçacık blrbirıne ters yonde hızlandırılarak kafa kafaya çarpıştırılır Örneğın elektronlarla pozıtronlar ya da protonlarla antıprotonlar çarpıştırılır Etkıleş dar kısa bır anlatım bıle, hızlandırıcılarda ne kadar sofistlke teknolojilerın kullanıldığını göstermeye yeter sanırım Ayrıca, bu ılerl teknolojilerın sıfırdan gelıştırıldığını ve hazır alınarak kullanılmadığını belırtmek gerek Bu teknolojıler buralarda kullanılmak uzere gelıştırıliyorlar ve belkı de başka hiçbır yerde kullanılamayacaklar Hızlandırıcı ve çarpıştırıcılarda yapılan deneylerde gozlenen parçacıklara gelınce Bunları ıkı sınıfta topluyoruz Leptonlar ve hadronlar. Lepton, Antık Yunancadakı hafif anlamında kullanılmaktadır Leptonlar, yapısız, basıt parçacıklardır Şıddetlı etkıleşmelere gırmezler Doğada, uç nesıl halınde altı tane lepton bılınır Bırıncı nesıl olarak, bızlm en lyı bıldığımız parçacıkları elektron ve elektron nötrlnosunu tanırız Elektron, 1890'lardan bu yana bılınıyor Elektron nötrınosu ıse, varlığına 1933 yılında beta bozunumu nedenıyle ışaret edılen bır parçacık Gözlenmesı çok zor, çunku, elektrık yuku yok, kutlesı sıfır, şıddetlı etkıleşmeye de gırmiyor Bu nedenlerle de ancak 1953 yılında gözlemlenebıldı Bundan sonra, bu ıkılıye çok benzer bır dığer ıkılı bulundu Muon ve muon notrinosu. Bu ıkılının kutlesı dışındakı özellıklerı elektron ve elektron nötrınoeu ıle aynı Uçuncu grup ıse, tau leptonu ve tau nötrinosu. Tau leptonu, 1976'da gözlendı Tau nötrinosu ıse, henuz hiçbır kanıtı olmayan bır parçacık Ancak nötrınolar, genelde, gözlemlenmesı çok guç ve çok zaman alan parçacıklar Elektron nötrinosu 1953'e kadar gözlemlenememıştı Muon nötrinosu ıse, 1960'larda gözlendı Tau nötrınosuna da, ılk ıkı nesıldekı sımetrıyı bozmamak için "vardır" dıyoruz Maddeyi oluşturmak için Hadron, yıne AntıkYunancada, ağır an lamına gelmekte Hadronlar, şıddetlı etkıleşmeye gıren parçacıklardır Karmaşık özellıklerı ve bırer yapılan vardır Şu anda yuzlerce hadron bılınmekte Bugun hardonların daha temel yapıtaşları olan kuvarklardan oluş tuğu bılinıyor Bılınen altı tur kuvark, aynen leptonlar gıbı yapısız ve basıt parçacıklar Bunlar da uç nesıl halındeler Bırıncı nesılde u(upyukarı) ve d(downaşağı) kuvarkları var Ikıncı nosılde de c(charmedtılsımlı) ve s(«trangeacalp) kuvarklar, uçuncu nesılde ıse, t(topust) ve b(bottomalt) kuvark lar var Doğada bıldığımız kararlı maddeyi oluştur mak ıçın sadece bırıncı nesılden ıkı lepton ve ıkı kuvark turu yeterlı Yanı elektronu, protonu, notronu (ve fazladan, beta bozunumunu tanımlamak ıçın elektron nötrınosunu ekleyelım), butun çekırdek fızığını, atom fızığını ve molekul fızığını tarıf etmeye bırıncı nesilden lepton ve kuvarklar yeterlıler O halde, dığer turlerı belırlemeye ne gerek var? Doğadaki turlerın sayısını belırlemek olanaklı mı? Nesıl yapısıyla bırbınne benzeyen kuvarklarla leptonlar arasında bır ılışkı var mı 7 Belkı gelecekte, çok daha yuksek enerjılere çıkılarak, bunların (leptonlarla kuvarkların) daha temel parçacıklardan oluştuklarını göreceğız Soru: 1950 sonrasında yapılan deneylerin sonuçlarını kısaca ozetler mlslnlz? Dereli: 1950'lerde ve 1960'larda yapılan yuksek enerji fızığı deneyleri, yuzlerce hadronun bulunmasını ve fızıksel ozellıklerının belırlenmesını sağladı 1961'de hadronların, İn kuçüğe doğnı ibnyana on mltyon atom ancak 1 mırfye ulaşablllyor Atom çeklrdeğl (orta aynen elementlerın atom yapısına ışaret da) atomdan yüz bln kez daha küçuk ceklrdek yapıtaşı olan ve kuvarklardan oluşan proton Ise eden Mendeleev Tablosu'na benzer bır bıçımde, sınıflandırılması başarıldı Dolayısıyla mllimetrenln milyarda biri büyuklüğünde da, hadronların bır altyapısının olduğu açığa çıktı Nıtekım, proton, nötron gıbı baryon me bölgelerını kuşatan çok sayıda ve değıtrozayıf kuw6tler denen kuvvetlerın değışık dedığımız hadronlar, uç kuvarktan, (pı) meşık turde dedektörler yardımıyla da gözlemkoşullardakı değışık görunumlerı olduğu bızonu gıbı mezonlar ıse bır kuvarkantıkuvark ler gerçekleştırılıyor Dedektörlerın teknık aylınmekte Ve artık araştırmalar, elektrozayıf çıftınden oluşmaktadır Kuvarkları, oluştur rıntılarına gırmeye gerek yok, ancak, çarpışkuvvetlerle, b j kuvvetlerın şıddetlı kuvvetler dukları hadronlardan ayırmaya çalıştığımızmaların yeraldığı bölgenın boyutlarının 1015 ve kutleçekım kuvvetlerıyle bırleştırılmesı da, kuvarklar arasındakı kuvvetlerın sınırsız metre, yanı çekırdeğın ya da protonun kauzerınde yoğunlaşmış bulunuyor buyuduklerını görmekteyız Bu bızım alıştırakterıstık boyutu kadar olduğunu anımsa Soru: Parçacık fizlğl deneyleri, yerln alğımızdan çok farklı bır nıteliktır Bunun talım Çarpışma bölgesıne gıren ve çıkan tında, birkaç km.llk tünellerde, 12 cm yaönemlı sonuçları da var örneğın, kuvarklar parçacıkların yorungelerını belırleyen verıler iıçapındaki tuplerde yanl hızlandırıcılarda hadronların ıçındeyken zayıf etkıleştıklerınalındıktan sonra bılgısayarlar yardımıyla ya ve çarpıştırıcılarda yapılıyor Bunların naden, dışardan uygulanan bır kuvvete, serpılan çözumlemelerle, çarpışma bölgesınde sıl çalıştığını kısaca anlatıp, bunlarda yabest parçacıklar gıbı yanıt verıyorlar Bu ne hangı olayların olduğu belırlenıyor Eğer bır pılan deneyler sonucu gozlenen çekirdekdenle, hadronlar uzerıne nötrıno ve elektron çarpışma varsa, bılınmeyen bır parçacık var altı parçacıkları tanıtır mısınız? gıbı parçacıklar yollayarak saçılmalarına basa, kutlesı, hızı momentumu vb fizıksel özelDereli' Değışık tur hızlandıncılar, doğadakıldığında, hadronları oluşturan kuvarkların lıklerı belırlenıyor Dolayısıyla, bu yenı parki parçacıklar ve aralarında etkın olan kuvvarlığına kanıtlar bulunabılmekte Böylece, çacık hakkında bır sonuç alınabılıyor Bu kavetler hakkında bırbırını tamamlayan bılgıler Doğadaki 4 kuvvet Soru: Doğadaki blllnen kuvvetlerl kısaca tanıtır mısınız? Parçacıkların bu çerçevedekl yerl nedlr? Dereli: Doğada, bıldığımız dört tur kuvvet var Bırıncısı, kutleçekım kuvvetı Ikıncısı elektromanyetık kuvvetler Uçuncu ve dörduncusu, şıddetlı ve zayıf kuvvetler Kutleçekım kuvvetı, nıtelıklerı en lyı bılınen kuvvet turu ancak çekırdekaltı temel parçacıklar arasında etkınlığı en az olan kuvvet Sadece çekıcı olduğundan, etkısı de bırıken bır nıtelık gosterıyor Dolayısıyla da, çok buyuk sayıda parçacıktan oluşan, orneğın Dunya gıbı cısımlerın çekım gucu, çok lyı bılındığı gıbı, gozlenır buyuklukte Elektromanyetık kuvvetler, atomları bır arada tutan, katıların oluşumunu sağlayan kuvvetler Şıddetlı ve zayıf kuvvetlerse, çekırdekaltı parçacıklar dunyasının kuvvetlerı Şıddetlı kuvvetler, kuvarkları bır arada tutan, proton, nötron ve dığer parçacıkların oluşumunu sağlarlar Proton ve nötronları bır araya getıren ve çekırdeğı oluşturan kuvvet de budur Zayıf kuvvetler ıse, Beta bozunumundan (1) vb olaylardan sorumlu kuvvet Parçacık fızıkçılerı, herhangı ıkı parçacık arasındakı değışık kuvvetlerın uçuncu bır parçacığın alışverışınden kaynaklandığına ınanırlar Yanı, her değışık kuvvet ıçındeğı şık bır tur taşıyıcı parçacık olduğuna ınanıyoruz örneğın, elektromanyetık kuvvetlerın taşıyıcısına (oton (ışık kuantumu) dıyoruz Bu ışınımların dalga nıtelıklerını bılıyoruz Işık, radyo dalgaları, xışınları gıbı Kutle çekımının taşıyıcısına gravlton diyeceğız