Parçacık Çiftliği
Standart Model’in açıkladığı üç temel doğa kuvvetinden etkilenen ya da bunları taşıyan parçacıklar, halen bilinen ya da varlığı tahmin edilen “temel parçcıklar” ile, bunlardan yapılı “bileşik parçacıklar” olarak ayrılıyor.
Temel Parçacıklar
Ölçülebilir bir iç yapıları olmayan, yani daha başka parçacıklardan yapılı olmayanlar. Temel parçacıklarsa spin denen kuantummekaniksel özelliklerine göre ayrılabilir. Bunlardan fermiyon denen parçacıklar ½ spinli, bozon denen parçacıklarsa tamsayı spinli olurlar. Fermiyonların bir özelliği de aynı enerji düzeyinde sınırlı sayıda bulunabilmeleri, buna karşılık bozonların bir araya toplanabilmeleri. Temel doğa kuvvetlerini ileten parçacıklar bozon özelliği taşırken, bazı madde parçacıkları da bozon olabiliyor.
Fermiyonlar, tüm maddenin temel yapıtaşları. Bunlar da şiddetli çekirdek kuvvetlerinden etkilenip etkilenmediklerine göre sınıflara ayrılıyor. Standart Model’e göre 12 temel fermiyon çeşnisi bulunuyor: 6 kuark ve 6 lepton
Kuarklar şiddetli çekirdek aracılığıyla etkileşirler. Kuarkların da 6 çeşnisi bulunuyor: bunlar;
Yukarı (Up) u
Aşağı (Down) d
Garip (Strange) s
Tılsım (Charm) c
Alt (Bottom) b
Üst (Top) t
olarak tanınıyor. Bunların her birinin bir de ters elektrik yüklü karşı parçacığı (antikuark) bulunuyor.
Leptonlar şiddetli elektrik kuvveti aracılığıyla etkileşmeyen parçacıklar. Yine her leptonun bir antilepton karşı parçacığı bulunuyor. Elektronun anti parçacığına tarihi nedenlerle pozitron deniliyor. Leptonların da 6 çeşnisi bulunuyor. Antiparçacıkları ile birlikte şöyle sıralanıyorlar:
Elektron ve pozitron
Elektron nötrinosu ve elektron antinötrinosu
Müon ve antiparçacığı
Müon nötrinosu ve müon antinötrinosu
Tau leptonu ve antiparçacığı
Tau nötrinosu ve tau antinötrinosu
Bozonlar tam sayılı spinlere sahipler. Doğanın temel kuvvetleri “ayar bozonları” denen parçacıklarla iletiliyor. Standart Model’e göre temel bozonlar şunlar:
Foton; spin 1, yük 0 e, kütle 0 GeV, taşıdığı kuvvet elektromanyetizma
W± ; spin 1, yük ±1 e, kütle 80,4 GeV, taşıdığı kuvvet zayıf çekirdek kuvveti
Zo ; spin 1, yük 0 e, kütle 91,2 GeV, taşıdığı kuvvet zayıf çekirdek kuvveti
Gluon; spin 1, yük 0 e, kütle 0 GeV, taşıdığı kuvvet şiddetli çekirdek kuvveti
Higgs; spin 0, yük 0 e, kütle >112
Bunlardan higgs bozonu (0 spinli), elektrozayıf kuram ( zayıf çekirdek kuvvetiyle, elektromanyetik kuvveti özdeşleştiren kuram) tarafından öngörülüyor. Standart Model’deki Higgs mekanizmasına göre ağır Higgs bozonu, Higgs alanındaki simetrinin kendiliğinden bozulmasıyla ortaya çıkıyor. Temel parçacıkların kütleleri, bu alanla yaptıkları etkileşimle açıklanıyor. Standart Model’in aksine Süpersimetri modeli, beş ayrı hafif Higgs parçacığının varlığını öngörüyor.
Varsayımsal Parçacıklar
Süpersimetrik kuramlar, henüz hiçbirinin varlığı deneysel olarak saptanmamış bir dizi parçacık öngörüyor:
· Nötralino (-1/2 spin), Standart Model’deki birçok yüksüz parçacığın süperpartnerlerinin üst üste binmiş hali olarak betimleniyor. Nötralino, evrendeki maddenin büyük kısmını oluşturan “karanlık madde” için önde gelen adaylardan biri. Süpersimetri kuramlarında Standart Model’deki yüklü parçacıkların süper eşlerineyse chargino deniyor.
· Fotino (spin -1/2) fotonun süpersimetrideki partneri
· Gravitino (spin 3/2), süpergravite kuramlarında kütle çekimin parçası olan graviton bozonunun süper partneri
· Sleptonlar ve Skuarklar ( spin 0 ), Standart Model’deki fermiyonların süpersimetri kuramındaki süper partnerleri. Örneğin stop kuarkın görece küçük bir kütlesi olduğu düşünülüyor ve hızlandırıcı deneylerinde varlığı gözlemlenmeye çalışılıyor.
Bileşik parçacıklar
Hadronlar şiddetli çekirdek kuvvetiyle etkileşen bileşik parçcıklar. Hadronlar, ya Fermiyon türü oluyorlar ki, bu durumda bunlara baryon deniliyor. Ya da bozon türünden oluyorlar ki, bunlara da mezon deniliyor.
İlk kez 1964’te birbirinden bağımsız olarak Murray Gell-Mann ve George Zweig tarafından önerilen kuark modelleri hadronları, gluonlarca iletilen şiddetli çekirdek kuvvetiyle birbirlerine sıkıca bağlanmış değerlik kuarkları ve/veya antikuarklarından oluşan bileşik parçacıklar olarak betimliyor. Her Hadronun içinde ayrıca bir ortaya çıkıp bir yok olan ya da ve birbirlerine dönüşüp duran sanal kuark ve antikuark parçacıkları var. Bunların sayılarının çokluğu bir denizi anımsatmış olacak ki bunlara deniz (sea) kuark ve antikuarkları deniliyor.
Baryonlar (fermiyonlar): sıradan baryonların her iki ya da üç değerlik kuark ya da üç değerlik antikuark içeriyor.
Nükleonlar normal atom çekirdeklerinin fermiyonik bileşenlerine deniliyor:
Protonlar ve nötronlar 2 yukarı ve bir aşağı valans kuarkından oluşuyor ve çok sayıda sanal “deniz” kuark ya da antikuarkı içeriyor.
Hyperonlar Λ,Σ,Ξ ve Ω gibi, bir ya da daha fazla garip kuark içeren, kısa ömürlü ve nükleonlardan daha ağır parçacıklar. Atom çekirdeklerinde normal oalrak bulunmamakla birlikte kısa ömürlü hiperçekirdekler içinde bulunabilirler. Bir takım tılsımlı ve at baryonlar da gözlenmiş durumda.
Mezonlar (bozonlar) bunlar birçok sayı ve çeşitte bulunuyorlar. Sıradan mezonlar bir valans kuarkıyla bir valans antikuarkından oluşur. Bunlar arsında pion, kaon ve J/ψ ile birçok başka tip mezon sayılabilir. Kuantum dinamiğinde nükleonlar arsında güçlü çekirdek kuvveti, mezonlarca iletiliyor.
Bunların dışında zaman zaman varlıklarına ait çok da kesin olmayan egzotik mezonlar da bulunuyor.
Atom Çekirdekleri: Atom çekirdekleri proton ve nötronlardan oluşuyor. Bir elemente ait her çekirdek türü belirli sayıda proton ve belirli sayıda nötron içerir ve nüklid ya da izotop olarak adlandırılır.
