Evrenin bilinen en küçük yapı taşları temel parçacıklardır. İçsel bir yapıları olmadığı düşünülür, yani araştırmacılar temel parçacıklar hakkında evrende hiç yer kaplamayan, sıfır boyutlu tanecikler olduğunu düşünmektedir. Elektronlar en yaygın olarak bilinen temel parçacıktır, ancak standart fizik modelinde neredeyse tüm kuvvetlerin ve partiküllerin etkileşiminde 10 temel parçacığa yer verilmiştir.
Elektronlar ve İlgili Parçacıklar: Elektronlar atomların negatif yüklü bileşenleridir. Elektronların sıfır boyutlu bir nokta parçacığı olduğu düşünülürken, aslında elektronun bir parçası olarak hareket eden ve sürekli olarak elektronun varlığı çevresinde yanıp sönmekte olan diğer sanal parçacıkların bulutu ile çevrilidir.
Bazı teorilere göre elektronların belli belirsiz bir negatif ve pozitif kutba sahip olduğunu, yani bu sanal parçacık bulutlarının biraz asimetrik olması gerektiğini söylemektedir.
Asimetrik olsaydı elektronların davranışları anti-madde çiftlerinden ve pozitronlardan (pozitif yüklü elektron) farklı olabilir ve potansiyel olarak madde ve antimadde hakkındaki birçok gizeme açıklık getirebilirdi.
Ancak fizikçiler elektronların şeklini defalarca ölçmeleriyle bildikleri en mükemmel daireyi buldular. Bu durum anti-madde bilmecesini cevapsız bırakarak çalışmayı sonlandırmalarına sebep oldu. Elektronun, Muon ve Tau olarak adlandırılan iki ağır kuzeni vardır. Dış uzaydan gelen kozmik ışınlar dünya atmosferinin üzerine dokunduğunda, egzotik parçalardan oluşan bir yağmur başlar ve bu yağmur Muon’ları oluşturabilmektedir.Tau’ ların ise üretimleri daha zor ve daha nadirlerdir bunun nedeni elektronlardan 3400 kat daha yoğun olmalarıdır. Nötrinolar, elektronlar, muon ve taular, leptonlar adı verilen temel parçacık kategorisinde bulunurlar.
Kuark Nedir? ve Kuarkların Acayiplikleri
Proton ve nötrinoları oluşturan kuarklar bir başka temel parçacık türüdür. Madde olarak bilinen şeyleri leptonlarla beraber kuarklar oluşturmaktadır. Başlarda bilim insanları atomların mümkün olan en küçük ve bölünemez parçalar olduğunu düşündüler, bu sebeple Yunanca’ da “Bölünemez” anlamına gelen atomos kelimesinden türetilen “atom” ismini verdiler. 20. Yüzyılın başlarından atomların proton ve nötronlardan oluştuğunu keşfettiler.
Bunların ardından 50’lerde ve 60’larda partikül hızlandırıcıları kullanarak pionlar ve kaonlar gibi atom altı parçacıkları ortaya çıkardılar. Fizikçi MurrayGell-Mann ve George Zweig 1964 yılında, Kaliforniya’ daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ nın raporuna göre proton, nötron ve diğer tüm parçacıkların çalışma prensiplerini açıklayabilecek yeni bir model önerdiler.
Proton ve nötronların içeriğindeki kuarkların 6 farklı türünü çeşitlendirdiler. Bunlar, alt, üst, garip, tılsım, yukarı ve aşağı kuarklar.
Protonlar, 2 yukarı 1 aşağı kuarktan oluşurken, nötronlar 2 aşağı ve 1 yukarı kuarktan oluşur. Yukarı ve aşağı kuarklar, kuarklar içerisindeki en hafif çeşitlerdir. Büyük kütleli parçacıklar, daha küçük kütleli parçacıklara dönüşme eğiliminde olduğundan, yukarı ve aşağı kuarklar aynı zamanda evrendeki bilinen en yaygın kuarklardır. Bu sebeple proton ve nötronlar bildiğimiz maddenin çoğunu oluşturmaktadır.
1977 yılında fizikçiler laboratuvar ortamında altı kuarktan 5 tanesini izole etmeyi başarmışlardı. Bunlar; alt, üst, garip, tılsım ve alt kuarklardır. Son olarak 1995’te son kuark olan üst kuark Fermilab Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ nda bulmuşlardır. Bundan öncesinde onu aramak Higgs bozonu avı gibi zorlu olmuştu. Üst kuark üretmek oldukça güç çünkü yukarı kuarklardan 100 trilyon kat daha yoğun bir kuarktı ve bu durum ise parçacık hızlandırıcılar için daha fazla güç gerektiği anlamına geliyordu.
Doğa’ nın Temel Parçacıklar
Doğanın 4 temel kuvveti vardır; Elektromanyetizma, Yerçekimi ve güçlü-zayıf Nükleer Kuvvetler. Her birinin birleşik bir temel partikülü söz konusudur. Fotonlar en bilinenleridir ve elektromanyetik kuvvetleri taşırlar. Gluonlar ise güçlü nükleer kuvvetleri taşırlar ayrıca proton ve nötronların içlerindeki kuarklarla birlikte bulunur. Bazı zayıf nükleer kuvvetlere aracılık eden iki temel parçacık ise, W ve Z bozonları tarafından taşınır.
Sadece zayıf kuvveti ve yer çekimini hisseden nötrinolar bu bozonlarla etkileşime girer. Bu sayede fizikçiler CERN’ de nötrinoları kullanarak varlıklarına dair kanıt sağlayabilmişlerdir. Yerçekimi burada aykırı bir tip olarak kalıyor.
Standart modelde yer almasa da fizikçiler Graviton adı verilen ilişkili bir temel parçacıklar sahip olabileceğini şüphelenmektedir. Gravitonlar eğer varsa onları Cenevre’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı ’nda oluşturmak mümkün olabilir. Ancak CERN’e göre bu parçacıklar boş bölgelerin arkasındaki ekstra boyutlara hızla kaçabilir ve kaybolabilirler. Şimdiye kadar parçacık hızlandırıcı herhangi bir graviton veya ekstra boyut gözlemleyemedi.
Yakalanması Güç Higgs Bozonu
Son olarak temel parçacıklar kralı, tüm diğer parçacıklara kütlelerini vermekten sorumlu olan Higgs Bozonu var. Standart model kataloğunu doldurmak için çabalayan bilim insanları için Higgs Bozonu avı oldukça çetin geçti. Higgs nihayet 2012 yılında keşfedildiğinde fizikçilerin mutluluğu görülmeye değerdi, ancak sonuçlar onları zor bir noktada bıraktı.
Higgs aynen beklenilen gibi karşılarına çıkmasına rağmen fizikçiler daha fazlasını umuyorlardı, özellikle de teorik fizikçiler. Standart modelin eksikleri olduğu aşikârdır. Örneğin, yer çekimi bir tanıma muhtaçtır ve araştırmacılar Higgs’i bulmanın Standart modelin yerini alabilecek yeni teorileri doğuracağını düşünmekteydiler. Ancak o noktada şimdilik elleri boş gibi görünmekte.
Editör / Yazar: Erkan GÜL