Kuark Grupları: Baryonlar ve Mezonlar

Fizik-Dünyası

Kuark Grupları: Baryonlar ve Mezonlar

Baryonlar ve Mezonlar, yani Hadronlar:

Kuarklar üçlüler halinde bir araya gelerek, daha pek çok diğer parçacık oluşturuyor. Baryonlar ailesinin bilinen, yaklaşık 120 çeşit üyesi var. Bazılarında üç kuarkın spini de aynı yönde oluyor ve bu durum, toplam spini 3/2 olan, daha ağır veya yüksek enerjili baryonlara vücut veriyor. Dolayısıyla, parçacıkların hepsinde; elektrik yükü e'nin tamsayı katları halinde iken, renk yükü nötür, spin ise 1/2 veya 3/2 oluyor.

Dikkat edilecek olursa, protonlarla nötronlar, birinci nesile ait kuark üçlülerinden oluşuyor. Bu hafif kuarkların pek çok farklı dizilimleri var. Örneğin (y-y-y) veya (a-a-a), Δ++ veya çok kısa ömürlü Δ parçacıklarına vücut veriyor. İkinci veya üçüncü nesil kuark üçlülerinden oluşan, daha ağır baryonlar da var. Bunlara 'hiperon'lar deniyor ve bunların ömürleri çok kısa oluyor.

İkili kuark sistemlerinden oluşan mezonlar ailesi ise, sayıca 140 civarında. Hep; bir kuarkla, herhangi bir karşıtkuarktan oluşuyorlar. Örneğin pion parçacığı (π+), bir 'yukarı kuark' ile bir 'aşağı karşıtkuarktan' oluşan bir (y-ak) mezon. Yukarı kuarkın elektrik yükü +2/3, aşağı karşıtkuarkınki +1/3 olduğundan, pionun net yükü +1 oluyor. Renk yükü ise; sözkonusu yukarı kuark ile aşağı karşıtkuark, örneğin 'mavi ve karşıt mavi' gibi birbirinin karşıtı olan renk yüklerine sahip olduklarından; nötür. Spine gelince, bileşimdeki iki parçacığın 1/2 olan spinleri zıt yönlerde eşleştiklerinden, 0 oluyor. Spinlerden birinin diğerine paralel hale getirilmesi halinde bu parçacık, spini 1 olan daha ağır veya yüksek enerjili ro mezonuna (+) dönüşüyor. Çünkü atomlardaki elektronların spinlerinin yönlerini paralel hale getirmek birkaç elektron voltluk az miktarda enerji gerektirirken, kuark gruplarında bu işlem MeV'ler düzeyinde enerji gerektiriyor.

Pionun karşıt parçacığı (π-) ise, pionu oluşturan temel parçacıkların karşıtlarından, yani bir aşağı kuark ile bir yukarı karşıtkuarktan (a-yk) oluşuyor. Aşağı kuarkın elektrik yükü -1/3, yukarı karşıt kuarkınki -2/3 olduğundan, karşıt pionun toplam veya net yükü -1 oluyor. Aşağı kuark ile yukarı karşıtkuarkın renk yükleri birbirinin karşıtı olduğundan, renk yükü nötür. Spin ise, bileşimdeki iki parçacığın ½ olan spinleri zıt yönlerde eşleştiklerinden, keza 0 oluyor.

Mezonlar bir temel parçacıkla bir karşıt parçacıktan oluştuklarından dolayı, genelde çok kararsızdır ve hızla diğer parçacıklara bozunurlar. Ancak, bir garip ve yukarı karşıtkuarktan (g-yk) oluşan kaon (K-) mezonu, bu açıdan bir istisna oluşturuyor ve diğer mezonlardan çok daha uzun bir ömre sahip. Bu yüzden bir bakıma 'garip' davranıyor ve 'garip kuark'a adını veren de kaonun bu özelliği.

Baryonlarla mezonlar birlikte, 'hadronlar' olarak anılıyor. Aynı kuark bileşimi, uyarılmış farklı enerji durumlarında olabiliyor ve yandaki şekilde görüldüğü gibi; çok kısa ömürlü, daha ağır parçacıklara vücut verebiliyor.

Bazı mezonlar, örneğin ηc mezonunu oluşturan ikilisinde olduğu gibi, birbirinin karşıtı olan kuarklardan oluşuyor. Bu durumda mezon, kendi kendisinin karşıt parçacığı oluyor.

Üstteki şekil baryon ve mezon ailelerini temsil ediyor. Baryonların üst kısmını oluşturan altıgenin ortasında iki baryon daha var. Nötron ve protonu içeren bu 8'li ailenin üyeleri için spin 1/2 iken, alttaki 10'lu baryon ailesinin üyeleri 3/2 spine sahip. Mezonlar için benzer şekilde, üstteki 8'li aile için spin 0, alttaki 10'lu aile için ise 1. Türk kuramsal fizikçisi Feza Gürsey'in, İtalyan meslektaşı L. Radicati ile birlikte önerdikleri SU(6) grup simetrisi bu spin değerlerini doğal bir şekilde açıkladığı gibi, örneğin 8 ve 10'lu baryon ailelerini bir süperaile içinde başarıyla birleştirerek, deneylerle de kanıtlanan birçok yeni ilişki ortaya koyuyor.

Bu aşamada dikkat edilecek olursa; baryon veya mezon aileleri farklı spin değerleri alabilirken, elektrik yükleri hep e'nin tamsayı katları oluyor. Renk yükü ise, hepsinde nötür. Bu son husus, yani renk yükünün nötür olması, aslında gözlemlenen bütün parçacıklar için geçerli. Yani gözlemlenebilir parçacıkların hepsinin nötür renk yüküne sahip bulunması veya nötürden başka renk yükününün 'gözlenemez' olması gerekiyor. Bu durum kuarkların; oluşturdukları parçacıkların içinde, diğer kuarklarla birlikte hapis olmalarından, yalnız başlarına dışarı çıkamamalarından kaynaklanıyor. Halbuki, örneğin nötron veya proton gibi bir hadronun içindeki kuarklar, çok yüksek potansiyel ve kinetik enerjilere sahipler. Hatta, hadronun kütlesinin %98'den fazlası, kuarkların bu enerjisinden oluşuyor...

Nasıl oluyor da kaçamıyorlar?..

Çünkü; nötron veya proton gibi bir hadronun içindeki kuarklar, sürekli gluon alışverişinde bulunuyorlar ve bu alışveriş, aralarında çok şiddetli bir güçlü kuvvet çekimine yol açıyor.

Kuarklardan biri diğerlerinden uzaklaşmaya kalkıştığında, diğerleriyle arasındaki güçlü kuvvet alanı, tıpkı lastik bir bant gibi geriliyor. Aradaki uzaklık arttıkça, kuvvet alanında, giderek artan miktarda potansiyel enerji birikiyor ve bu birikim belli bir düzeye ulaştığında; güçlü kuvvet alanının koparak, bir kuarkla bunun kaşıtından oluşan yeni bir kuark çiftine vücut vermesi, enerji açısından daha ekonomik oluyor. Çünkü alanda depolanmış olan potansiyel enerjinin bir kısmı, yeni kuarkların kütlelerine dönüşüyor ve böylelikle, aşırı gerilmiş olan güçlü kuvvet alanı, önceki durumuna göre rahatlıyor. Bu süreç sırasında enerji korunuyor ve sonunda, her iki kuarkın da yanında, birer başka kuark belirmiş olduğundan; kuarklar asla tek başlarına kalamıyor ve dolayısıyla, herhangi birinin taşıdığı renk yükü, yalın olarak gözlenemiyor.


Buna karşılık, güçlü kuvvet kuarklar birbirine yaklaştıkça zayıflayarak bildiğimiz 1/r2 kuvvetinden çok farklı davranıyor ve Gürsey-Radicati SU(6) simetisinin altında da zaten, güçlü kuvvetin bu garip özelliği yatıyor.

Bu durum, kuarkların tek başlarına bulunamamalarını gerektirdiği gibi; bir araya gelip parçacık oluşturan kuark gruplarının da, toplam renk yükü sıfır olan sistemlerle sınırlı kalmasını gerektiriyor. Örneğin nötür renk yükü ancak; ya üç farklı renk yükünün bir araya gelmesiyle, ya da herhangi bir renkle karşıtının birbirini nötürlemesiyle mümkün olabiliyor. Bu gruplaşmalar gördüğümüz gibi, baryonlarla mezonlara vücut veriyor. Fakat Standart Model, toplam renk yükü sıfır olduğu sürece, daha kalabalık kuark gruplarına da izin veriyor; örneğin 4'lü, 5'li ve hatta daha fazla sayıda kuark barındıran grupların varlığını mümkün kılıyor. Nitekim 2003 yılında, dörtlü ve beşli kuark sistemleri (tetrakuark ve pentakuark) gözlemlenmiş durumda. Fakat toplam renk yükünün nötürlüğünü sağlayamayan; örneğin k, k-k, k-k-kk ve pek çok diğer kuark kombinasyonuna sahip parçacık, doğada görülmüyor.

Peki; kuarklar üçlü diziler halinde baryonları, ikililer halinde mezonları, dolayısıyla tüm hadronları oluşturuyor:


Da leptonlar ne işe yarıyor?...


 





Bu sayfa hakkındaki yorumlar:
Yorumu gönderen: Hasan Hoca( hasan77gzhotmail.com ), 06.05.2014 10:48:17:
Bu ülkede bilim var mı Allahaşkına? Sorularıma niye cevap alamıyorum?

Yorumu gönderen: Hasan hoca( hasan77gzhotmail.com ), 18.10.2013 11:55:23:
Bana tüm mezonlar hakkında en ince ayrıntısına kadar bilgi lazım.Bildiğin bir kayna varsa hemen e-mailini bekliyorum.Saygılarımla.

Yorumu gönderen: hasan gündüz( hasan77gzhotmail.com ), 16.06.2013 12:09:46:
Tüm parçacıkların isimlerini,elektrik yüklerini,spinlerini,kütlelerini içeren bir dökümanı e-mail adresime gönderebilirmisiniz?Teşekkür ederim.



Bu sayfa hakkında yorum ekle:
İsminiz:
E-mail adresiniz:
Mesajın:

Sitemizden toplam 38319 ziyaretçi kişi yaralanandı!
=> Sen de ücretsiz bir internet sitesi kurmak ister misin? O zaman burayı tıkla! <=