Katalog

FİZİK Beşinci kuvvet var mı? Bugüne kadar fizikçiler, 4 kuvvetin, evrensel çekim, elektromanyetik güçlü etkileşim, zayıf etkileşim kuvvetlerinın var olduğunu kabul ederlerdi. 2 yıl önce ortaya atılan 5. kuvvetin varlığı savı, geniş tartışmalara yol açtı. Yazan: Michel Eberhardt Çeviri: Murat Arın cak 1986'da Purdue Unıversıtesı'nden (Hındıstan) fızık profesoru Ephraim Fischbach, beşıncı kuvvetin varlığını varsayan çalışmasını Physical Revlew Letters'da yayımladıktan sonra, tum dunyadan çok sayıda araştırmacı, bu etkileşim savının ızıne duştu Bır kuramsal fızık sorusu, çok seyrek olarak bu kadar tartışmaya yol açmıştır Bugune kadar fizikçiler, Evren'de etkileşim olarak da adlandırılan dort kuvvetin bulunduğunu duşunuyorlardı Evrensel çekım etkıleşımı, elektromanyetik etkileşim, guçlu etkileşim ve zayıf etkileşim Bu doğal dort kuvvet, sonsuz buyukte olduğu gıbı sonsuz kuçukte de bılınen tum fenomenlerı açıklayabılmektedır • Evrensel çekim kuvveti (ya da etkileşimi) dört kuvvet ıçınde bılınen en eskısıdır, çunku, aynı zamanda en açık olanıdır Bu, Evren'ın tum parçacıkları arasında var olan çekıcı bır kuvvettır Bu kuvvet sayesınde, yer guneşın çevresınde donmekte, yağmur damlaları yere duşmektedır Efsaneye göre ağaçtan duşen bir elma, Nevvton'ı uykudan O 10 Evrensel çek.m kuvveti ve Nevvton uyandırmış ve onun, evrensel çekım kuramını gelıştırmesınde ılham kaynağı olmuştur Evrensel çekım etkıleşımın erımı sonsuz olmasına karşın, gucu çok zayıftır, dort temel kuvvet ıçınde en zayıfıdır. Bu zayıflık hakkında bır fıkır sahıbı olmak ıçın vucudumuzun ağırlığının, bunun, yerın toplam kutlesıyle etkıleşımınden ılerı geldığını duşunebılırız Bu kuvvet atomlar duzeyınde de görulur, fakat gucu çok az olduğundan, fizikçiler tarafından dıkkate alınmaz Çunku brneğın, bır proton ıle bır elektron arasındakı evrensel çekım etkıleşımı, onları bağlayan elektromanyetik kuvvetten 1036 kere daha zayıftır • Elektromanyetik kuvvet, elektrıksel olarak yuklu tum parçacıklarda gorulur Hep çekıcı olan (en azından son bırkaç yıla kadar boyle olduğu kabul edılmıştır, buna yenıden döneceğız) evrensel çekımın tersıne, elektromanyetik kuvvet kımı kez çekıcı (karşıt ışaretlı yuklerı olan nesnelerde), kımı kez ıtıcıdır (aynı ışareth yuklerı olan nesnelerde) Bu kuvvet sayesınde mıknatıs demır parçalarını çekmekte pusula kuzeyı gostermektedır Atomların oluşması ve atomların aralarında molekullerı oluşturmaları ıçın (negatıf yuklu) elektronları (pozıtıf yuklu) çekırdeğe bağlayan da bu kuvvettır Dolayısıyla, kımyasal ve bıyolojık 'enomenlerın temelınde bulunmaktadır Enmı (kuramsal olarak) sonsuzdur ve evrensel çekım kuvvetınden trılyonlarca kez daha guçludur • Guçlu etkileşim, adının gosterdığı gıbı, temel kuvvetlerın en guçlusudur (elektromanyetik kuvvetten yuzlerce kez daha guçludur), fakat yalnızca sonsuz kuçuk alanında gorulur, çunku erımı çok sınırlıdır Mıkrometrenın mılyarda bırı duzeyındedır Yalnızca çekıcı olan bu kuvvet, atom çekırdeklerının butunluğunu sağlar Çekırdekler arasında notronları ve protonları bağlar, pozıtıf yuklu olan protonların elektromanyetik etkileşim dolayısıyla bırbırlerını ıtmelerını önler Bununla bırlıkte, bugun, fizikçiler, guçlu etkıleşımın, kuarkları, yanı proton ve notronları oluşturan subatomık (atomaltı) parçacıkları bırlıkte tutan kuvvet olduğunu, protonları ve notronları bırbırlerıne bağlayan kuvvetin ıse bu lemel etkıleşımın kalıntısı olduğunu dusun mektedırler • Zayıf etkileşim, yıne atom çekırdeğının ıçınde etkılı olur, fakat şıddetı guçlu etkıleşımden mılyarlarca kere kucuk, erımı 100 kere daha kısadır Bırleştırıcı ya da ıtıcı gucu yoktur Bırçok parçacığın ozellıkle beta ışımasının (bır notronun, bır elektron ve bır antınotrıno fırlatıp protona donuşumu ya da bır protonun bır pozıtron ve bır notrıno fırlatarak notrona donuşumu) bozunmasından sorumludur Uzun sure, fizikçiler nasıl etkılı olduğunu bulamamışlardır ancak su son yıl lar ıçınde doyurucu bır kuramsal açıklama yapılabılmıştır Zayıf kuvvet, hadronlarda bulunan kuarkların doğasını dağıştırmekte ve dolayısıyla, bozunmalarına yol açarak dengelerını bozmaktadır 6 çeşıt kuark vardır u, d, s, c, b ve t (orneğın proton 3 kuarktan uud, notron da yıne 3 kuarktan udd oluşur) Yukarıdakı kurama gore, zayıf etkileşim, notronun d kuarkını u kuarkına çevırerek, notronu protona donuşturur Zayıf kuvvet, dönuşturucu gucu nedenıyle, guneşın yanmasında ve ağır elementlerın oluşumunda önemlı bır rol oynar Evren'ı yoneten bu dört temel kuvvet panoraması, şu soruya yanıt vermezsek eksık kalır Bu kuvvetlerin doğası nedir? Bunların etkı alanlarını, şıddetlerını, erımlerını ve etkılerını tanımladık, fakat ne olduklarını bılmıyoruz Bır kuvveti, bır enerjı ya da bır eylem ılkesı gıbı tanımlamak fızıkçıyı tatmın etmeyecektır Örneğın, bır parçacığın bır ötekı parçacığı çektığını (ya da ıttığını) gözlerse, bu çekımın (ya da ıtmenın) neden ılerı geldığını bılmek ıster Kuvantum kuramının gelıştırılmesıyle, aradığı yanıtı bulmuştur Ikı parçacık arasında uygulanan kuvvet, kuvvet vektoru ya da aracı dıye adlandırılan bır uçuncu parçacıkla ıletılmektedır Karşılıklı etkıleşen ıkı parçacık, paslaşan ıkı basketbol oyuncusu gıbıdır, topu atan oyuncu, topu alan oyuncuya bellı bır mıktarda enerjı ıletır Öyleyse, kuvvet, madde parçacıkları ara sındakı enerjı değıştokuşudur Her kuvvet ıçın özel bır "aracı" turu vardır Elektromanyetik kuvvet, foton ıle aktarılır, zayıf kuvvet, W*, W ve Z° bozonları ıle, çekırdeğı oluşturan proton ve nötronlar arasında gorulen guçlu kuvvet, pı mezonu ıle, kuvarkları bır arada tutan guçlu kuvvet, gluonlarla, evrensel çekım kuvveti ıse, gravıton ıle aktarılır Gluonlar ve gravıton, hâlâ kuramsal parçacıklardır, çunku doğrudan gozlemlenememışlerdır Bu açıklamaların ışığında, Fischbach'ın var olduğunu ılerı surduğu beşinci kuvveti daha lyı anlayabılırız Bu kuvvet, bır anlam da evrensel çekım kuvvetıne eklenmektedır Ancak, evrensel çekım kuvvetınden 100 kere daha zayıf olan beşıncı kuvvetin çekıcı değıl, ıtıcı bır etkısı vardır Ötekı etkıleşımler gıbı, bır bozon (foton, pı mezonu, gravıton, vb hepsı bozondur), yanı tam bır spını olan bır parçacık aracılıgıyla ıletılmektedır Açıklama: Spın, kuvantum fızığınv * de, bır parçacığın kınetık momentıdır Spınlerıne gore sınıflandırıldıklarında, parçacıklar ıkı kategorıye gırerler Bozon olarak adlandırılan tam spınlı (0, 1,2 ) parçacıklar ve fermıyon olarak adlandırılan yarıtam spınlı (1/2, 3/2 ) parçacıklar Proton, elektron, notron fermıyondurlar Tanımladığımız tum etkıleşımlerde, hep aynı şemayla karşılaşılır Fermıyonlar arasında bozon (aracı parçacık) değıştokuşu Beşıncı kuvvetin vektör bozunu, spını 1 olan gravıfotondur (ya da hıperfoton) Kutlelerı olmayan foton ve gravıtondan farklı olarak, gravıfotonun io 9 ov'lık (bır elektronvoltun mılyarda bırı) kutlesı vardır (karşılaştırma yapmak gerekırse, bılınen en kucuk parçacıklardan bırı olan elektronun 511000 ev'lık bır kutlesı vardır) Bu kutlenın varlığı onemlıdır çunku etkıleşımın erımını belırleyen kutledır Bır kuvvetin erımı, aracı parça cığın kutlesı az olduğu olcude daha buyuk tur Evrensel çekım kuvvetının ve elektromanyetik kuvvetin erımlerının sonsuz olma sının nedenı, gravıton ve fotonun kutlelerı nın sıfır olmasıdır Zayıf etkıleşımın erımtnın çok duşuk olmasının nedenıyse, W*, W ve Beşinci kuvvet görüşü Elektromanyetik kuvvet kuzeyı kaybetmez