Fizikçiler maddeyi oluşturan 13 temel yapı taşını tanımlamışlardır. Günlük hayatımızda gördüğümüz dünya, sadece üç yapı taşından oluşur: yukarı kuark, aşağı kuark ve elektron. Bu parçacıklar protonlar ve nötronlar oluşturarak atomları ve molekülleri meydana getirir. Elektron nötrino, diğer parçacıkların bozunumu sırasında gözlemlenen, ilk dört yapı taşını tamamlar.
Doğa, nedenini bilmediğimiz bir şekilde, bu ilk kuark ve lepton grubunu kopyalayarak, daha büyük kütleye sahip altı kuark ve altı leptonu meydana getirir. Tüm kuarklar gibi, altıncı kuark olan üst kuark, protondan çok daha küçüktür, ancak bir altın atomu kadar ağırdır.
Başka kuark ve lepton setleri olduğuna dair kanıtlar olmamasına rağmen, teorisyenler karanlık maddeyi açıklayabilecek başka yapı taşlarının olabileceğini spekülasyon yapmaktadırlar. Bu gizemli madde, galaksileri manipüle eden kütle çekim kuvvetleri uygular. Karanlık maddenin yapısını belirlemek için yeryüzündeki hızlandırıcı deneyleri gereklidir.
Temel Kuvvetler Nelerdir?
Bilim insanları parçacıklar arasında etkili dört temel kuvvet ayırt eder: güçlü, zayıf, elektromanyetik ve yerçekimi kuvveti.
- Güçlü kuvvet, kuarkların protons ve nötronları oluşturmak için “yapışmasını” sağlar.
- Elektromanyetik kuvvet, elektronları atom çekirdeklerine (protonlar ve nötronlar kümesi) bağlar.
- Zayıf kuvvet, ağır parçacıkların daha küçük parçacıklara bozunmasını sağlar.
- Yerçekimi kuvveti, büyük cisimler arasında etkilidir ve gündelik yaşamda ve evrende baskındır.
Parçacıklar arasındaki kuvvetleri iletmek için kuvvet taşıyıcıları adı verilen bozonlar değiştirilir. Bu kuvvet aracılar, bir parçacıktan diğerine miktarları belirlenmiş enerji parçacıkları olan kuantaları taşır.
Her kuvvetin kendi karakteristik bozonları vardır:
- Gluon, güçlü kuvveti taşır ve kuarkları “yapıştırır.”
- Foton, elektromanyetik kuvveti taşır; aynı zamanda ışığı iletir.
- W ve Z bozonları, zayıf kuvveti temsil eder ve farklı bozunma türlerini tanıtır.
- Fizikçiler, yerçekimi kuvvetinin de bozon ile ilişkili olabileceğini düşünmektedir. Graviton adı verilen bu varsayımsal bozon, çok zayıf olduğu için gözlemlemek oldukça zordur.
Higgs bozonu nedir?
Higgs bozonu, parçacıkların kütle kazanmasını sağlayan Higgs alanıyla ilişkilidir. Higgs alanı, evrene yayılmış bir melas kütlesi gibidir. Çoğu parçacık Higgs alanından geçerken bu melasa yapışır, yavaşlar ve daha ağır hale gelir. Higgs bozonu, kütle kazandırıcı Higgs kuvvetini ileten parçacıktır.
CERN’deki ATLAS ve CMS deneyleri, Temmuz 2012’de Higgs parçacığını keşfettiklerini duyurdular.
Antimadde
Bilim kurguya konu olan antimadde, aslında gerçektir. Her parçacık için, benzer fakat zıt özelliklere sahip bir anti-parçacık bulunur. Örneğin, anti-proton, negatif yüke sahiptir, proton ise pozitif yüklüdür.
1990’ların ortalarında fizikçiler, CERN ve Fermilab’da ilk anti-atomları yarattılar. Antimaddeyi depolamak zor iştir; bir anti-parçacık ile parçacık karşılaştığında, enerji patlamasıyla yok olurlar. Fizikçiler, elektromanyetik kuvvet alanları kullanarak antimaddeyi sınırlı bir süre boyunca vakum kaplarında saklayabilirler.
WIMPS ve karanlık madde
Karanlık madde doğrudan gözlemlenmemiştir, ancak iki ipucu astronomları onun varlığını düşündürmüştür. Öncelikle, galaksilerdeki yıldız ve gezegenlerin kütleleri ölçüldüğünde, bu objelerin yerçekimi kuvvetinin onları bir arada tutamayacak kadar küçük olduğu fark edilmiştir. İkinci olarak, büyük kütlelerin neden olduğu ışık bozulmaları olan bölgeler gözlemlenmiştir.
Karanlık maddenin bileşimi bilinmemektedir ve varlığı, Standart Modelin tamamlanmamış olduğunu göstermektedir. Supersimetri gibi bazı parçacık fiziği teorileri, zayıf etkileşimli masif parçacıklar (WIMPS) önermekte ve bu parçacıkların karanlık maddeyi açıklayabileceğini belirtmektedir.
Karanlık enerji
- yüzyılda astronomlar, evrenin genişlediğini keşfettiler. Vesto Slipher, diğer galaksilerden gelen ışığı ölçtüğünde neredeyse hepsinin uzakta hareket ettiğini (kırmızıya kaydığını) buldu. Universum genişliyordu. 1998’de süpernova parlaklıklarını ölçen astronomlar, evrenin aslında hızlanarak genişlediğini fark ettiler. Bunun, evrene itici bir kuvvet uygulayan karanlık enerji nedeniyle gerçekleştiği düşünülmektedir.
Standart Model
Standart Model, temel yapı taşları (kuarklar ve leptonlar) ile kuvvet taşıyıcılarının (bozonlar) etkileşimlerini tanımlar. Yerçekimi henüz bu modele dâhil edilmemiştir. Standart Model teorik çerçeve, pek çok parçacık etkileşimini ve kuantum olayını açıklar ve yüksek hassasiyetli deneylerce defalarca doğrulanmıştır.
Standart Modelin en büyük başarısı, elektromanyetik ve zayıf kuvvetlerin elektrozayıf kuvvet olarak birleşmesidir. Fizikçiler, tüm kuvvetleri açıklayacak bir Büyük Birleşik Teori tanımlayabileceğine inanmaktadır.
Kaynak: fnal.gov/pub/science/particle-physics-101/science-matter-energy-space-time.html
