Parçacık Fiziği ve Acayip Parçacıklar

Maddenin parçacıklarını ve bu parçacıkların birbirleri olan karşılıklı etkileşimini inceleyen fizik bilimi dalına parçacık fiziği denilmektedir.

Parçacık Fiziği ve Acayip Parçacıklar
Parçacık Fiziği ve Acayip Parçacıklar

Parçacık Fiziği

Maddenin parçacıklarını ve bu parçacıkların birbirleri olan karşılıklı etkileşimini inceleyen fizik bilimi dalına parçacık fiziği denilmektedir. Parçacık fiziği, maddenin temel parçacıkları üzerinde çalışan bir fizik dalı olup, parçacıkların aralarındaki ilişkilerini incelemektedir. 20. Yüzyılın başlarında Rutherford’un buluşundan sonra, parçacık fiziği ve nükleer fizik konusunda yapılacak yeni deneylerde elektron ve proton gibi hızlandırılmış temel parçacıkların kullanılması gündeme gelmiştir.

Parçacık fiziğinde birçok temel parçacık, doğada normal koşullarda oluşamazken, oluşturulması ve gözlemlenmesinde parçacık hızlandırıcılarında, diğer parçacıklarla enerjik çarpıştırılmaları söz konusu olup, parçacık fiziği yüksek enerji fiziği olarak da adlandırılabilmektedir. Parçacık fiziğinde diğer bir ifadeyle yüksek elektrik alan etkisi ile hızlandırılmış parçacıkların manyetik alan etkisi ile odaklanarak çarpıştırılması ile ortaya çıkan farklı parçacıklar elde edilerek atom altı parçacıklar izlenebilir hale getirilmektedir.

Parçacık fiziğinde hızlandırıcılar temel parçacık fiziği deneylerinde ve nükleer fizik deneylerinde kullanılabilirken, malzeme fiziğinden yüzey fiziğine, x-ışınlarından, nötron terapisine, proton terapisinden iyon implantasyonuna kadar kullanım alanı mevcuttur. Bunun yanında petrol ve gaz yataklarının aranmasından çevre atıklarının etkisiz hale getirilmesine, gıda sterilizasyonundan izotop üretimine, nükleer atıkların temizlenmesinden toryuma dayalı nükleer santrallere, polimerizasyondan litografiye, anjiografiden baca gazlarının temizlenmesine, mikrospektroskopiden güç mühendisliğine, sinkrotron ışınımından serbest elektron lazerlerine, ağır iyon füzyonlarından plasma ısıtılmasına kadar günümüzde kullanılmaktadır. Ayrıca ikincil demetlerin üretiminde de parçacık fiziği kilit rol oynamaktadır.

Acayip Parçacıklar (1947-1960)

1947’de temel parçacık fiziğindeki problemlerin çözüldüğüne inanılırken, müom ortaya çıktı ve bu durum kafaların karışmasına neden oldu. Rochester ve Butler adlı iki bilim adamı sis odası fotoğrafı yayınladıklarında yüksüz Kaon’nun varlığını keşfettiler. Buna karşın aradan iki yıl gibi bir süresonra1949 yılında Powell yüklü Kaon’un bozunumunu buldu ve akabinde 1950 yılında Cal Tech.’deki Anderson’un grubu yeni bir “V” parçacığı keşfedince gelişmeler hızlandı. Ve acayip parçacıklara giden yol belirdi.

Baryon ailesine mensup olan lambda proton ve nötron içerisinde proton neden kararlıdır? Sorusu gündeme gelerek bu sorunun cevabı 195e yılında Stülckelberg’de baryon sayısının korunumu kanunu ile açıklandı. Bu kanuna göre tüm baryonlar +1 baryon sayısına sahipken, bunların anti parçacıkları -1 baryon sayısına sahiptir şeklinde açıklanmaktadır. Burada dikkat edilirse mezon korunumundan bahsedilmemiş olup,  bunun nedeni ise bazen bir mezon yok olup lepton oluşturması, bazen de bir baryonun bozunumu ile mezonun oluşmasıdır. Baryon aslında çok sayıda bulunmuş olup pozitih bir sayıya sahiptir.Keşfedilen baryon ve mezonlar o zamanlarda acayip parçacıklar olarak adlandırıldı ve günümüze kadar geldi.

Keşfedilen parçacıklara acayip parçacık şeklinde denilmesinin nedeni ise, çok hızlı bozunan parçacıklardan üretilebildikleri halde kendilerinin bozunumlarının gerektiği durumlarda çok yavaş davranmalarından ötürüdür. Üretilmelerinde güçlü nükleer kuvvetler kullanılmakta olup, bozunumlarında ise zayıf kuvvetleri kullanmaktadırlar ve çiftler halinde üretilirler.