Temel Parçacıklar Alanının Tarihsel Gelişimi

•Göreli olmayan kuantum mekaniği 1923-1926 yıllarında
tamamlandı.
•Göreli kuantum mekaniğinin ilk başarılı uygulaması
1927’de Dirac tarafından gerçekleştirildi.
•Dirac denklemi serbest elektronlar için uygulandığında iki
farklı enerji için bu denkleminin sağlandığı görüldü.
•Böylece positron teorik olarak keşfedildi.
•1931 de Anderson tarafından deneysel olarak da keşfedildi.
Böylece antiparçacık kavramı ortaya çıktı.
•Antiproton 1955’de Berkeley’deki Bevatron’da keşfedildi.
Sonraki yılda ise aynı yerde antinötron keşfedildi.
•Antiparçacık, ilgili parçacığın sembolü üzerine bir çizgi
konularak gösterilir (positron, e+, hariç).
OMÜ_FEN
p, n gibi.
 Nötronun net yükü sıfır olmasına rağmen, bir yük
dağılımına sahiptir: pozitif merkezde ve sınırlarda ve
bunların arasında negatif merkez,
 Nötronun magnetik momenti de vardır,
 Antinötron için bu iki nicelik ters işaretlidir.
 Parçacık fiziğinde ters simetri ilkesi vardır.
A B C  D
Reaksiyonu varsa, buradaki parçacıklar kendi
antiparçacığına dönüşerek denklemin diğer
tarafına geçebilirler ve bu reaksiyonda izinli
olur. (Enerjinin korunumuna uymak şartı ile)
OMÜ_FEN
A B C  D
AC  B  D
C D  AB
  e    e , (Compton Saçılması)
e  e     , (Çift Yokoluşu)
Nötrinolar (1930-1962)
 1930’a dönelim. Beta bozunması olayını inceleyelim.
A  B  e
 Yukarıdaki denkleme göre enerji ve momentumun korunumundan çıkan
elektronların enerjisi (KM çerçevesinde) aşağıdaki gibi olmalı.

 mA2  mB2  me2  2
E 
c
2mA


 Deneyler ise, elektronların enerjisinin tek değil sıfırdan yukarıdaki ifade ile
belirlenen bir maksimum enerjiye kadar değiştiğini gösterdi
OMÜ_FEN
 Bu, Beta bozunumunun 3 parçacıklı bir bozunum
olduğunu ortaya koyar.
 Peki üçüncü parçacık nedir?
 Pauli ona nötron dedi (1930)
 Fermi yeni bir teori ortaya koydu ve bu parçacığa
nötrino adını verdi (1933). (Yüksüz ve kütlesiz)
n  p  e  
   
  e  2
 1950’ye kadar nötrinoların var olması gerektiği teorik
OMÜ_FEN
olarak doğrulandı ama kimse deneysel olarak onların
varlığını göremedi. Neden?
  p  n  e
 Yukarıdaki reaksiyonu gerçekleştirirsek, ki bunu





OMÜ_FEN
reaksiyon ürünlerinin varlığı ve enerjileri ile anlarız,
nötrinoları tespit etmiş oluruz.
1950’li yılların oratalarında Cowan ve Reines bu işi
başardı.
Nötrino ve antinötrino aynı mıdır? Değilse, bunları
birbirinden ayıran özellik nedir?
Cevap, 1953 de Konopinski ve Mahmoud tarafından
verildi: Lepton sayısı.
Lepton Sayısı, L; elektron, müon ve nötrino için +1 ve
pozitron, pozitif müon ve antinötrino için -1 dir.
Reaksiyonlar da lepton sayısının korunumu doğal
olarak ortaya çıkmış oldu.
     
   e   
     
   e   
 Müon bozunumunda yayınlanan nötrino ve anti
nötrinoyu birbirinden ayıran nedir?
 Helislikleri: nötrino sol elli, anti nötrino ise sağ ellidir.
 Diğer önemli bir özellik ise nötrinoların elektron ve
müon için ayrı ayrı var olmalarıdır: elektron-nötrino ve
müon-nötrino.
OMÜ_FEN


1  , 
L
1


1

,




1 e , e
L
1

1 e , e
n  p   e   e
      
   e   e  
      
   e   e  
Acayip Parçacıklar (1947-1960)
 1947’de
temel parçacık
problemlerin çözüldüğüne




OMÜ_FEN
fiziğindeki büyük
inanılıyordu, fakat
müonun varlığı biraz kafa karıştırıcıydı.
Bunu kim ısmarladı?
1947’nin aralığında Rochester ve Butler yeni bir sis
odası fotoğrafı yayınladılar.
Yüksüz Kaon’u keşfettiler.
1949’da Powell yüklü kaonun bozunumunu keşfetti.
K      
K0    
 Kaonlardan sonra bir çok mezon daha keşfedildi: , ,  ve  lar.
 1950’de Cal Tech.’deki Anderson’un grubu yeni bir “V” parçacığı keşfettiler:
  p   
 Lambda proton ve nötron gibi baryon ailesine mensuptur.
 Proton neden kararlıdır?
p  e  
 Bu cevabı Stülckelberg 1953 de baryon sayısının korunumu kanunu ile verdi:






OMÜ_FEN
buna göre tüm baryonlar +1 baryon sayısına sahipken, bunların anti
parçacıkları -1 baryon sayısına sahiptirler.
Lambda’dan sonra da bir çok baryon keşfedildi: ’lar, ’lar ve ’lar.
Dikkat edilirse baryon ve lepton sayısının korunumuna karşı mezon korunumu
diye bir korunum kanunu yoktur. Bazen bir mezon yok olup lepton oluşurken,
bazen de bir baryonun bozunumu ile mezon oluşmaktadır.
Bazı ilginç yeni baryonlar ve mezonlar da keşfedildi ve bunlara “acayip”
parçacıklar denildi.
Bunların acayip olarak isimlendirilmesinin nedenlerinden en önemlisi ise
bunlar çok hızlı bozunan (10-23) parçacıklardan üretiliyorken, kendilerinin
bozunumları ise oldukça yavaştır (10-10s).
Bu parçacıklar güçlü nükleer kuvvetler vasıtası ile üretiliyorken, bozunumları
zayıf kuvvetler aracılığıyla olur.
Acayip parçacıklar çiftler halinde üretilirler.
 1953’de yeni bir sayı ortaya çıktı: Acayiplik. Bu sayı herhangi bir güçlü
etkileşimde korunurken, zayıf etkileşimde korunmamaktadır:
   p   K   


   p
K 0  0
K0  



   
 0  0
K0  n
 K’lar için S=+1 iken sigmalar ve lambda için S=-1 dir. Diğer sıradan
parçacıklar için ise S=0 dır.
 Öte yandan bu parçacıklar bozunurken acayiplik korunmaz:





p   
p   0
n  
 Acayiplik sadece hardronlar için geçerli bir kavramdır. Leptonların
acayipliği yoktur. Çünkü leptonlar güçlü kuvvetleri hissetmezler.
 Çok sayıda parçacığın keşfi tam bir kaosa dönüştü. Bunları yeni bir
şekilde sınıflandırmaya ihtiyaç vardı.
OMÜ_FEN
Sekiz Katlı Yol (1961-1964)
 Parçacık fiziğinin Mendeleev’i Murray Gell-Mann’dır.
1961’de Sekiz Katlı Yolu tanımlamıştır.
 Sekiz Katlı Yol baryon ve mezonları yüklerine ve
acayipliklerine göre sıralayan acayip geometrik
şekillerdir.
OMÜ_FEN
Sekiz en hafif baryon için.
Sekiz en hafif mezon için
OMÜ_FEN