Bize Ulaşın

     

Maddenin yapıtaşları ve evrenimiz

Atomların, maddenin tüm niteliklerini taşıyan, daha bölünemez, en küçük parçası diye tanımlandığı günlerin çok ötesindeyiz. Elektronların bağlı oldukları çekirdeklerin, proton ve nötronlardan yapıldığı günleri de geçeli hayli zaman oldu. Protonlarla nötronlar ve bunlar gibi (ağır tanecikler anlamında) hadronların kuarklardan oluştuğunu; elektron ve elektron nötrinosu gibi (hafif tanecikler anlamında) leptonlarla birlikte maddenin temel yapı taşları olduklarını biliyoruz. Hatta bunlar arasında etkin olan kuvvetlerin hepsini kapsayan; yani elektrik yüklü taneciklerin birbirlerini ittikleri ya da çektikleri elektromanyetik kuvvetleri önce çekirdeklerin radyoaktif bozunumundan sorumlu zayıf etkileşmelerle, sonra ikisini beraber kuarkları hadronlar halinde bir arada tutan şiddetli çekirdek-altı etkileşmelerle birleştiren bir Standart Model bulunuyor. Standar Modeli bu etkileşmelere ilişkin, yerel Lie simetri grupları olan, sırasıyla, U(1), SU (2) ve SU (3) yerel ayar simetrilerinin tanımladığı kuantumlu alanlar teorisi olarak vermekteyiz. Bu yerel simetriler, yine sırasıyla 1 foton, 3 adet zayıf ara bozon ve 8 adet gluon potansiyellerine karşı gelirler. Bu potansiyel alanlarının kuantumları olan vektör bozonlarının temel parçacıklarca alınıp verilmesi, etkileşme kuvvetlerinin kaynağıdır. Elektromanyetik kuvvetlerin uzun erimi, fotonun kütlesinin mutlak sıfır olmasıyla ilintilidir. Aksine, zayıf kuvvetlerin kısa erimi,  W+, W-, Z0 ile gösterilen ara bozonların kütlelerinin yaklaşık 90GeV dolayında; yani, 90 adet proton kadar ağır olmalarındandır. Kuantumlu alanlar teorisinin niteliklerini bozmadan, ağır bozonların ve temel parçacıkların gözlemlenen kütlelerini modele katabilmek için Higgs mekanizması denen bir teknik kullanmaktayız. Ancak, fotonun kütlesiz kalabilmesi, geride gerçek bir ağır skalar bozon kalmasını gerektirir. Bu özetini verdiğimiz hâliyle, Standart Model, ilk kez 1967’de Abdus Salam ve Steven Weinberg tarafından geliştirildi. Bu kapsamda Higgs mekanizmasının önemine ilk dikkati çeken, Sheldon Glashow idi. Üçü birlikte bu keşifleri nedeniyle 1979 Nobel Fizik Ödülü’nü kazandılar. Standart Model’in bir kuantumlu alanlar teorisi olarak tutarlılığı sonradan 1972’de Martinus Veltman ve Gerardus’t Hooft tarafından kanıtlandı. Onlar da 1999 Nobel Fizik Ödülü’nü aldılar. Standart Model’in tüm başarılarına rağmen Higgs bozonu yıllarca gözlemlenemedi. En sonunda, CERN’de kurulan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) 2010’da işlevlik kazandıktan sonra uzun ve zahmetli çalışmalarla 2012’de yakalandı ve kütlesi yaklaşık 125 GeV olarak belirlendi. 2014 Nobel Fizik Ödülü Higgs mekanizmasını tanımlamaları nedeniyle Peter Higgs ve François Englert’e verildi.

Standart Model’in tmeel tanecik içeriğini iki ayrık sınıf altında belirlemekteyiz. Bir yanda maddenin yapıtaşları diye nitelendiğimiz fermiyonlar (spinleri ħ/2 olup Pauli dışarlama ilkesine uyarlar), öte yanda etkileşme kuvvetlerini taşıyan (spini ħ olup Pauli dışarlama ilkesine uymayan) vektör ara bozonlar bulunur.

Prof. Dr. Tekin Dereli
Koç Üniversitesi Fizik Bölümü

Yazının tamamı Bilim ve Ütopya'nın eylül sayısında...