Bilmeniz Gereken Atom Altı Parçacıklar

Atom Altı Parçacıklar: Bunlar Nedir?

    Atomların vücudunuzdan akıllı telefona veya bilgisayar ekranına kadar her şeyin yapı taşları olduğu doğru olsa da, evrende atomlardan bile daha küçük şeyler olduğunu biliyor muydunuz? Bu atom altı parçacıklar, yeni yeni anlamaya başladığımız benzersiz bir rol oynamaktadır. Bu parçacıkların ne olduğuna, ne yaptıklarına ve onlar hakkında hala ne öğrendiğimize daha yakından bakalım.

Atom altı parçacıklar nelerdir?

    Belirli örnekleri incelemeden önce, bunların ne olduğunu tanımlayalım. Atom altı parçacıkların tanımı: "Bir hidrojen atomundan daha küçük olan çeşitli madde parçacıklarından herhangi biri." Bu parçacıklar ilk keşfedildiğinde beş tane vardı. Bunlardan üçü - protonlar, nötronlar ve elektronlar, bir atomu oluşturan parçacıklar. Diğer iki orijinal parçacık, nötrinolar ve pozitronlar, birazdan geleceğiz.

    Bugün, bu parçacıkların çoğu keşfedildi ve bazı fizikçiler onu bir parçacık hayvanat bahçesi olarak adlandırdı. Hayatınız boyunca asla göremeyeceğiniz kadar küçük olan bu parçacıklara daha yakından bakalım.

Fotonlar Hayatınızı Aydınlatır

    Fotonlarla başlayacağız. Bu atom altı parçacıklar bir tür temel bosun parçacığıdır. İlköğretim, bu durumda, bildiğimiz daha küçük bir şeyden oluşmadıkları anlamına gelir. Bu atom altı parçacık muhtemelen aşina olduğunuz bir parçadır. Gözlerinizi her açtığınızda, bir ışık yaktığınızda veya güneşe çıktığınızda fotonları görürsünüz. Fotonlar hafiftir ve çok ağır olmadıklarını kastetmiyoruz. Işık ışınları hareketli fotonlardan oluşur.

    Bir vakumda, bu parçacıklar ışık hızında hareket edebilir - yapabilen birkaç şeyden biri - ve kütlesi yoktur. Hiçbir şey fotonlardan daha hızlı hareket edemez ve bir kara deliğin olay ufkuna çekilmek bile fotonları ışık hızından veya saniyede 299.792.458 metreden daha hızlı hızlandıramaz. Bu, evrenin hız sınırıdır.

Nötrinolar Her Şeyin İçinden Geçer

    Nötrinolar, neredeyse hiç kütlesi olmayan benzersiz parçacıklardır. Elektronlara benzerler, ancak yükleri yoktur, bu nedenle elektronlar gibi elektromanyetik bir çekime tepki vermezler. Bugüne kadar üç tür nötrino tespit ettik: elektron nötrinoları, müon nötrinoları ve tau nötrinoları.

    Neredeyse hiç kütleleri olmadığından ve neredeyse her şeyden geçebildiklerinden, nötrinoları tespit etmek çok zordur. Güneşin füzyon reaksiyonlarının onları ürettiğini biliyoruz. Ayrıca, bir yıldız süpernovaya dönüştüğünde meydana geldiklerini biliyoruz, ancak bunun ötesinde, onlar hakkında pek bir şey bilmiyoruz. Kısaca nötrinoların ışık hızından daha hızlı seyahat edebildiğini düşündük, ancak bu keşif ne yazık ki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki hatalı izleme ekipmanından kaynaklandı. Ancak, bu zor küçük parçacıkların yapabileceği bir şey şekil değiştirmedir! Fizikçiler, İsviçre'nin Cenevre kentindeki CERN'den bir müon nötrino demeti fırlattılar ve İtalya'daki Gran Sasso laboratuvarına ulaştıklarında tau nötrinolarına geçtiler.

Pozitronlar anti - elektronlardır

    Elektronlar, bildiğimiz gibi, onları bir atomun çekirdeğindeki pozitif yüklü protonlara çeken negatif bir yüke sahiptir. Pozitronlar, hakkında konuşacağımız ilk anti - parçacıktır. Elektronların tersidirler, aynı kütleye sahiptirler ve pozitif yük taşırlar. Bazen onları pozitif elektronlar veya antielektronlar olarak görürsünüz.

    Carl David Anderson, 1932'de ilk antiparçacığı olan pozitronu keşfetti. Elektronlarla patlayıcı bir şekilde reaksiyona girdikleri için çalışmak zordur. Onları bir vakumda üretmek bile onlara reaksiyona girebilecekleri elektronlar sağlar.

Kuarklar Tatlarda Gelir

    Kuarklar eğlencelidir. Altı farklı tatta gelirler - fizikçiler bile bu farklı atom altı parçacık türlerini tatlar olarak adlandırırlar. Evrende yukarı, aşağı, üst, alt, garip ve tılsımlı kuarklar bulabilirsiniz. Bu altı kuarkın her biri, kuantum durumlarına bağlı olarak kırmızı, mavi ve yeşil olmak üzere üç renkte gelir.

    Periyodik tablodaki her atomdaki proton ve nötronların hepsi kuarklardan oluşur. Bildiğimiz kadarıyla, kuarklardan daha küçük bir şey yoktur. Tabii ki, parçacık fiziği hakkında bilmediğimiz o kadar çok şey var ki, konuyla ilgili bir kitap kütüphanesi yazabiliriz - eğer yazmaya nereden başlayacağımızı bilseydik, yani.

Pionlar Saklanıyor

    Pionları tespit etmek zordur çünkü bir kuark ve bir antikuarktan oluşurlar. Bu yapıyla ilgili sorun, parçacıklar ve antiparçacıklar birbiriyle temas ettiğinde ortaya çıkar. Bu olduğunda, kuarklar aynı lezzetteyse patlama eğilimindedirler. Örneğin, bir yukarı kuark ve bir aşağı antikuarktan oluşan bir pionunuz olabilir.

    Bu parçacıklar kuvvet taşıyıcıları olarak bilinir. Nükleonlar arasında kuvvet iletirler, ancak sonunda elektronlar gibi leptonlara ayrılırlar. Neye dönüştükleri, yüklerine bağlıdır:

• Pozitif piyonlar: bir yukarı kuark ve bir aşağı antikuarktan oluşur
• Negatif piyonlar: bir aşağı kuark ve bir yukarı antikuarktan oluşur
• Nötr pionlar: bir yukarı kuark ve bir yukarı antikuarktan oluşur

Gluonlar Her Şeyi Bir Arada Tutar

    İki şeyi birbirine yapıştırmanız gerekiyorsa, bir şişe yapıştırıcı alırsınız. Elmer'in yapıştırıcısı, küçük parçacıklar için biraz fazla büyük, bu da gluonların devreye girdiği yer. Bilim adamları, bosun parçacıkları olarak sınıflandırılan bu parçacıkların kuarkları bir arada tuttuğuna inanıyor. Kuarkların altı çeşidi ve üç rengi varken, gluonlar sekiz farklı renkte gelir. Renkleri, bir arada tuttukları kuarkların kuantum durumuna bağlıdır.

    Gluonlar ayrıca bir fermi menzilindeyken birbirleriyle etkileşime girme ve kuark - antikuark çiftleri oluşturma potansiyeline sahiptir. Bu, gluonlar ve diğer atom altı parçacıklar arasındaki diğer etkileşim türlerinden farklıdır. Bu, fizikçilerin, halk arasında "tutkal topları" olarak bilinen gluon koleksiyonları olabileceğini teorileştirmelerine yol açtı. Gluonlar ayrıca hadronları oluşturmaya yardımcı olur. Bir hadronun gözlemlenen iç durumu, dengeli sayıda gluon ve bunlarla ilişkili kuark - antikuark çiftlerinden oluşur.

Higgs - Bosun Zor

    Bu parçacık, son yıllardaki en heyecan verici keşiflerden biridir. Tanrı Parçacığı olarak da bilinen Higgs - Bosun, 1970'lerde teorize edildi. Fizikçiler, bir şeyin zayıf ve elektromanyetik kuvvetleri bir arada tutması gerektiğini fark ettiler, ancak bir tanesini yakalayamadılar. 2013 yılına kadar CERN Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda çalışan bilim adamları nihayet bir tanesini gözlemlediler - ya da en azından Higgs - Bosun teorisiyle tutarlı bir kütleye sahip bir parçacık gözlemlediler.

    Teoride, Higgs - Bosun diğer parçacıklara kütle verir, ancak bilim adamları bu fenomeni bu yazının yazıldığı tarih itibariyle gözlemlemediler. Tabii ki, herkes bu zor parçacığı keşfetme fikrinden heyecan duymuyor. Stephen Hawking ve diğer birçok bilim adamı, Higgs alanındaki bir kuantum dalgalanmasının yarattığı bir vakum balonunun potansiyel olarak evreni yok edebileceği Higgs Bosun Kıyamet Günü teorisine inanıyor. Neyse ki, bu teoriyi yazanlar bile bunun yakın zamanda olacağına inanmıyorlar.

Gravitonlar Teoriktir

    Gravitonların evrendeki yerçekimi kuvvetlerine aracılık ettiği düşünülen eğlenceli teorik parçacıklar olduğunu göreceksiniz. Gravitonlar şu anda gözlemlenmemiş bir parçacık olarak sınıflandırılmaktadır. Yerçekiminin fizik dünyasında bir gerçek olduğunu bildiğimize göre, kuantum fiziğinde yerçekimini temsil edecek bir şey olmalı. Bu bir şey gravitondur.

    Gravitonlara teorik diyoruz, ancak bilinen ve bilinmeyen parçacıklar arasında gri bir alanda bulunurlar. Onların ya da onlar gibi bir şeyin var olması gerektiğini biliyoruz, en azından şu anda fizik yasalarını anladığımız gibi. Bugüne kadar, onları ne evrende ne de laboratuvar ortamında gözlemlemedik.

Takyonlar Yoktur

    Takyon parçacıklarından en az bir kez bahsetmeden bir bilim kurgu şovu izleyemezsiniz. Bu teorik parçacıkların ışıktan daha hızlı hareket ettiği iddia ediliyor. Bilim kurgu şovları, 2.000 ışıkyılı uzaklıktaki ( Babylon 5 ) gerçek zamanlı iletişimden Star Trek Evrenindeki hemen hemen her soruna kadar her şeyi açıklamak için genellikle onları bir deus ex machina olarak kullanır.

    Bu parçacıkların var olması mümkün olsa da, şu anda bilim kurgu alanında sıkı bir şekilde kalıyorlar. Bununla birlikte, parçacık fiziği hakkında henüz anlamadığımız çok şey var. Kendi yıldızlararası arka bahçemizde adını verdiğimiz takyonları veya benzeri bir şeyi bulmamız tamamen mümkündür. Tıpkı okyanus tabanının sadece %5'ini keşfettiğimiz gibi, bir tür olarak parçacık fiziğinin yüzeyini ve onu anlamaya başladığımızda ortaya çıkarabileceği potansiyeli zar zor çizdik.

X17 Yeni

    Astrofizikçilere göre, karanlık madde ve karanlık enerji evrenin çoğunluğunu oluşturuyor. Aslında NASA'ya göre evrenin %68'i karanlık enerji, %27'si karanlık madde ve %5'i diğer her şeydir. Evet, doğru okudunuz, gezegenimiz ve evrenin küçük köşesinden gözlemleyebildiğimiz her şey, bilinen evrenin sadece %5'ini oluşturuyor. Karanlık enerji ve maddenin teorik düzeyde var olduğunu biliyoruz, ancak şimdiye kadar onu gözlemleyecek ve hatta var olduğunu kanıtlayacak araçlardan yoksunduk.

    2016 yılında Macar fizikçiler, kütlesi nedeniyle X17 olarak adlandırdıkları yeni bir parçacığın izlerini tespit etmeye başladılar. İlk olarak 2003 yılında bir fizikçi, eğer böyle bir şey varsa, fotonların görebildiğimiz şeyler için yaptığı gibi, şu anda gözlemleyemediğimiz karanlık maddeyi taşıyabileceğini gösterdiğinde teorileştirildi. X17'nin varlığını henüz doğrulamamış olsak da, uygulanabilir olduğu kanıtlanırsa, karanlık madde fiziğinin yepyeni bir dalına kapı açabilir.

Antimadde!

    Antiparçacıklardan bahsetmeden parçacıklar hakkında konuşamazsınız ve en azından antimaddeden bahsetmeden bunları tartışamazsınız.

    Evrenimizdeki madde, proton, elektron ve nötronların karışımından oluşur. Antimadde bunun tam tersidir. Antimadde, antiprotonları, antinötronları ve pozitronları içerir. Madde ile temas ederse, antimadde yıkıcı bir patlamada büyük miktarda enerji açığa çıkarır. Bilim kurgu bu niteliği sever. Antimadde, bilim kurguda favori bir silahtır. Bu patlamaları kontrol altına almak ve kullanmak, Star Trek'teki Warp Drive'ın temelidir.

    Antimaddeden yapılmış tüm evrenlerin olması mümkündür. Antimadde olarak gördüğümüz şey, diğer varlıklar için sadece madde olacaktır. Bu evrene soktuğumuz herhangi bir şey, antimaddenin bu evrende yaptığı kadar şiddetli tepki verecektir. Bu açıklama bilim kurgu gibi görünebilir, ancak CERN'deki bilim adamları laboratuvar ortamlarında az miktarda antimadde üretmeyi başardılar. Henüz bir yıldız gemisine güç sağlamak yeterli değil, ama doğru yönde atılmış bir adım!