Atomaltı parçacık

Atomdan küçük, atomu da oluşturan maddeler. En çok bilinenleri, alt parçacıklardan (kuarklardan) oluşan proton ve nötron; lepton olan elektrondur. Yapısı tamamen keşfedilmemiş atomaltı parçacıklara örnek olarak foton (ışık), bozon, mezon, fermiyon, baryon ve graviton verilebilir.

Parçacıklar

Leptonlar ve kuarklar

Kuarklar şimdiki bilgilere göre temel parçacıklardır.

Yani, kendilerini oluşturan başka parçacıklardan oluşmamışlardır.

Leptonlar içinde Elektron'lar vardır. Elektron şimdilik başka parçacıklardan oluşmamış olarak kabul edilmektedir.

Leptonların spin ½ ve elektrik yükleri -1 veya 0 dır. Yunanca lepton hafif parçacık anlamına gelmektedir.

Temel parçacıklar içinde adını James Joyce'dan alan parçacıklar kuarklardır.

Kuarklarda spin ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya -1/3 olan parçacıklardır. Şimdilik bilinen 6 Kuark vardır.

Çekirdek

Çekirdek, Nükleon adını verdiğimiz proton ve nötrondan meydana gelmiştir.

Elektron ve çekirdeğin içindeki Nötron ile Proton kararlı parçacıklardır.

Çekirdeği ilgilendiren parçacıklar ailesi iki kısımdır.

Baryonlar ağır parçacıklardır, mezonlar orta ağır parçacıklardır.

Baryonlar ve mezonların hepsine hadronlar adı verilir.

Yunanca kuvvetli parçacık anlamındadır.

Kuark kuramına göre Baryonlar 3 kuarktan, Mezonlar ise bir kuark ve bir antikuarktan oluşmuşlardır.

Nötron UDD kuarklarından, Proton ise UUD kuarklarından meydana gelmiştir.

Elektrik yükleri hesaplandığında 2/3 -1/3-1/3 = 0 yani yüksüz nötron ve 2/3+2/3-1/3 = 1 yüklü proton olduğu görülür.

Hadronlar

Bir atom çekirdeğini oluşturan hadronlar, kuarklardan yapılmışlardır ve aradaki mezon alışverişi ile kararlı parçacıklar ortaya çıkar. Bu olay esnasındaki kuvvet güçlü etkileşimdir ve çekirdeği parçalanmadan tutar. Bu olgu ilk kez Hideki Yukova tarafından ortaya konulmuştur ve bu olayda en çok rol oynayan mezon pi mezondur. Ortalıkta pek görülmeyen bu maddelerin ömrü çok azdır.

Yüklü pi mezon 10⁻⁸ saniye yaşar.

Bir atom çekirdeğinin her zaman kararlı olmadığını biliyoruz, kararsız atom çekirdeklerindeki radyoaktif maddelerin çekirdekleri böyledir, çekirdek parçalanması olur bunu sağlayan zayıf etkileşimdir.

Doğada var olan ve şimdilik bilinen 4 temel kuvvetin bağlantı kuantasına "Gluon" adı verilir. Bunlar; elektromanyetik kuvvet gluonu foton, zayıf etkileşim kuvvet gluonu W+ W- Z0 parçacığı, kuvvetli etkileşim gluonu renkli gluonlar, kütleçekimi kuvveti gluonu gravitondur. Atom çekirdeğini ilgilendiren gluonlar, kuarkların tat dediğimiz özelliğini değiştirir ve onların yapmış olduğu hadronları parçalar veya kuarkları bir arada tutarak kararlı parçacıkların yapılmasını sağlar.

Şimdiye kadar bahsedilen bu parçacıkların Pauli yasası ile belirlenen spinleri göz önüne alındıklarında (spin parcacığın iç açısal momentumudur) parçacıklar ya tam sayılı spinlere sahiptir (0, 1,2 …gibi) veya yarım tam sayılı (buçuklu) spinlere sahiptir (½, 3/2, 5/2 ... gibi). Yarı tam sayılı spinli parçacıklar Fermi-Dirac istatistiklerine, tam sayılı spin'e sahip olanlar Bose-Einstein istatistiklerine uyarlar.

Bu nedenle Spinler göz önüne alındığında parçacıklar iki kısma ayrılırlar.

Fermiyonlar (Enrico Fermi'den)
Bozonlar (M. K. Bose'dan)

Fermi-Dirac istatistiklerine uyan parçacıklar aynı anda aynı konumda olamazlar (elektron gibi).Bose-Einstein istatistiklerine uyanlar ise aynı anda konumda olabilirler (foton dolayısı ile lazer gibi).Tüm bahsedilen parçacıkların bir anti-parçacığı da vardır, anti-madde dediğimiz madde anti-parçacıklardan oluşan maddedir. En çok bilinen örnek Pozitron yani anti-elektron'dur. Anti-maddeler, madde ile etkileşime girdiklerinde enerjiyi dönüştüklerinden maddeden oluşan bir sistemde anti-madde gözlemlemek mümkün değildir.

Nötrinolar

Nötrinolar leptondur. Yüksüz (nötr) ve sıfır veya çok küçük kütleye sahiptirler. Bu yüzden diğer parçacıklarla neredeyse hiç etkileşmezler. Birçok nötrino, bir kere bile etkileşmeden yeryüzünün içinden geçerler.

Nötrinolar değişik bozunma ve etkileşmeler ile üretilir. Örneğin, bir nötron, bir proton, bir elektron ve bir anti-nötrinoya bozunur. Aslında, fizikçiler nötrinoların, radyoaktif bozunmaların dikkatli gözlemleri sonucu var olduklarını varsaymışlardır.

Örneğin, bir nötron, bir elektron ve bir protona bozunduğunda, elektron ve protonun momentumları toplamı başlangıçtaki nötronunkine eşit değildir. Bu yüzden, kayıp momentuma karşı gelecek başka bir parçacık olmalıdır : yani, nötrino.

Nötrinolar çok sayıda üretildiklerinden ve maddeyle çok nadir etkileşmeye girdiklerinden, Evrende çok büyük miktarda bulunurlar. Eğer kütleleri varsa, evrenin toplam kütlesinin çoğuna katkıda bulunacak ve genişlemesini etkileyeceklerdir.