Temel parçacık

Temel taneciklerin Standart Modeli

Temel parçacıklar bilinen hiçbir alt yapısı olmayan parçacıklardır. Bu parçacıklar evreni oluşturan maddelerin temel yapıtaşıdır. Standart Model'de kuarklar, leptonlar ve ayar bozonları temel taneciklerdir.[1][2]

Tarihsel olarak, hadronlar (proton ve nötron gibi mezonlar ve baryonlar) ve hatta bütün bir atom dahi temel tanecik olarak kabul ediliyordu. Temel tanecikler kuramındaki merkezi fikir, elektromanyetik radyasyonu ve onun beraberinde getirdiği kuantum mekaniğinin anlaşılmasında devrim yaratan kuantadır. Matematiksel anlamda temel tanecikler nokta parçacık olarak kabul edilir, buna rağmen sicim kuramı gibi bazı fizik kuramları fiziksel bir boyut önermektedirler.

Genel bakış

Temel ve kompozit parçacıkların çeşitli ailelerine ve onların etkileşimlerini açıklayan kuramlara genel bir bakış.

Bütün temel tanecikler spinlerine bağlı olarak bozon veya fermiyondurlar. Spin istatistik kuramı fermiyonları bozonlardan ayıran kuantum istatistiklerini belirler. Bu metodolojiye göre: madde ile ilişkilendirilen parçacıklar fermiyondur. Bunlar yarım tamsayı spine sahiptirler ve on iki çeşniye ayrılırlar. Temel kuvvetlerle ilişkilendirilen parçacıklar bozondurlar ve bunlar tamsayı spine sahiptirler.[3]

Kuarklaryukarı, aşağı, tılsım, acayip, üst, alt
Leptonlarelektron nötrino, elektron, müon nötrino, müon, tau nötrino, tau
Ayar bozonlarıgluon, W ve Z bozonları, foton
Diğer bozonlar — Higgs bozonu, graviton

Standart Model

Parçacık fiziğinin Standart Modeli temel fermiyonların on iki çeşnisini, onlara karşılık gelen antiparçacıkları, kuvvetlere aracılık eden temel bozonları ve henüz keşfedilmemiş olan Higgs bozonunu içerir. Ancak Standart Model kati bir kuramdan ziyade geniş çapta geçici bir kuram olarak nitelendirilir ve Einstein'ın genel göreliliği ile uyumlu olup olmadığı bilinmemektedir. Kütleçekim kuvvetinin taşıyıcı parçacığı olduğu düşünülen graviton, sparçacıklar ve sıradan parçacıkların süpersimetrik eşleri gibi Standart Model'de açıklanmayan bazı hipotetik parçacıkların varlığı muhtemeldir.

Temel fermiyonlar

12 temel fermiyonik çeşni, herbirinde dört parçacık bulunan üç nesile ayrılır. Bu parçacıkların altısı kuarktır. Geriye kalan altı parçacık leptondur, bunların üçü nötrinodur ve geriye kalanlar da -1 elektrik yüküne sahiptir: elektron ve onun kuzenleri müon ve tau.

Parçacık Nesilleri
Leptonlar
Birinci nesil İkinci nesil Üçüncü nesil
Ad Sembol Ad Sembol Ad Sembol
elektron e⁻ müon μ⁻ tau τ⁻
elektron nötrino νe müon nötrino νμ tau nötrino ντ
Kuarklar
Birinci nesil İkinci nesil Üçüncü nesil
yukarı kuark u tılsım kuark c üst kuark t
aşağı kuark d acayip kuark s alt kuark b

Antiparçacıklar

Bu 12 parçacığa karşılık gelen 12 temel fermiyonik antiparçacık bulunur.

Parçacık Nesilleri
Antileptonlar
Birinci nesil İkinci nesil Üçüncü nesil
Ad Sembol Ad Sembol Ad Sembol
antielektron (pozitron) e+ antimüon μ+ antitau τ+
elektron antinötrino νe müon antinötrino νμ tau antinötrino ντ
Antikuarklar
Birinci nesil İkinci nesil Üçüncü nesil
yukarı antikuark u tılsım antikuark c üst antikuark t
aşağı antikuark d acayip antikuark s alt antikuark b

Kuarklar

Renk hapsi denilen bir olgu sebebiyle kuarklar ve antikuarklar hiçbir zaman izole bir şekilde algılanamaz. Her kuark güçlü etkileşimin üç renk yükünden birini taşır; antikuarklar da benzer şekilde antirenk taşırlar. Yüklü parçacıkların foton değiş tokuşu yoluyla etkileşmesi gibi renk yüklü parçacıklar da gluon değişimi yoluyla etkileşirler. Yüklü parçacıkların birbirlerinden ayrılmasıyla etkisi azalan elektromanyetik etkileşimden farklı olarak, renkli yüklü parçacıklar ayrıldıkça daha fazla kuvvet hissederler.

Renk yüklü parçacıklar biraraya gelerek, hadronlar olarak bilinen nötr renk yüklü kompozit parçacıkları oluştururlar. Bir kuark bir antikuark ile çift oluşturabilir: bu durumda kuark bir renk ve antikuark da ona karşılık gelen bir antirenk taşır. Kuark ve antikuark birbirlerini sıfırlayarak mezonlar olarak bilinen nötral renkli parçacıkları oluştururlar. Bunun alternatifi olarak biri kırmızı, diğerleri mavi ve yeşil olmak üzere üç kuark bir arada bulunabilir. Bu üç renkli kuark birlikte nötral renkli baryonları oluştururlar. Simetrik olarak antikırmızı, antimavi ve antiyeşil renklere sahip üç antikuark biraraya gelerek antibaryon oluşturabilir.

Kuarklar ayrıca kesirli elektrik yüküne sahiptirler, ancak kuarklar tamsayı elektrik yüklü hadronlarda hapis olduklarından kesirli yükler hiçbir zaman izole edilemez. Kuarklar +2/3 ve −1/3 antikuarklar da bunun tersi -2/3 ve +1/3 elektrik yüküne sahiptirler.

Temel bozonlar

Parçacık Durgun enerji
(GeV)
spin elektrik
yükü
etkileşim
Foton 0 1 0 elektromanyetik etkileşim
Z0-Boson ca. 91 1 0 zayıf etkileşim
W+-Boson ca. 80 1 1
W-Boson −1
Gluon 0 1 0 güçlü etkileşim
(Graviton) 0 2 0 kütleçekim

Standart Model'de vektör (spin-1) bozonları (gluonlar, fotonlar ve W ve Z bozonları) kuvvet taşıyıcısıdırlar. Higgs bozonu (spin-0) ise parçacıkların içkin kütlelerinden sorumludur.

Glunlar

Gluonlar güçlü etkileşimin aracasıdırlar ve hem renk hem de antirenk taşırlar.

Elektrozayıf bozonları

Üç zayıf ayar bozonu W+, W ve Z0 zayıf etkileşime aracılık ederler. Kütlesiz foton elektromanyetik etkileşimin aracı parçacığıdır.

Higgs bozonu

Notlar

Ek okumalar

Genel okuyucu kitlesi için

  • Feynman, R.P. & Weinberg, S. (1987) Elementary Particles and the Laws of Physics: The 1986 Dirac Memorial Lectures. Cambridge Univ. Press.
  • Ford, Kenneth W. (2005) The Quantum World. Harvard Univ. Press.
  • Şablon:Kitap belirt
  • John Gribbin (2000) Q is for Quantum - An Encyclopedia of Particle Physics. Simon & Schuster. ISBN 0-684-85578-X.
  • Oerter, Robert (2006) The Theory of Almost Everything: The Standard Model, the Unsung Triumph of Modern Physics. Plume.
  • Schumm, Bruce A. (2004) Deep Down Things: The Breathtaking Beauty of Particle Physics. John Hopkins Univ. Press. ISBN 0-8018-7971-X.
  • Şablon:Kitap belirt

Ders kitapları

  • Bettini, Alessandro (2008) Introduction to Elementary Particle Physics. Cambridge Univ. Press. ISBN 978-0-521-88021-3
  • Coughlan, G. D., J. E. Dodd, and B. M. Gripaios (2006) The Ideas of Particle Physics: An Introduction for Scientists, 3rd ed. Cambridge Univ. Press. An undergraduate text for those not majoring in physics.
  • Griffiths, David J. (1987) Introduction to Elementary Particles. John Wiley & Sons. ISBN 0-471-60386-4.
  • Şablon:Kitap belirt
  • Perkins, Donald H. (2000) Introduction to High Energy Physics, 4th ed. Cambridge Univ. Press.