Maddenin Son Yapıtaşları 975-403-193-2 [PDF]

Citation preview

Maddenin Son Yapıtaşları



G e r a r d 't Hoof't



TÜBITAK



I'OPLiLER BiLiM KiTAPLARI



Ti)BiTAK Popı"i/er Bilim Kitaplan 12A



Maddenin Son Yapıtfl§lan In Search of the Ulttmme Buillling Bloc/ıs Gerard



·ı



Hoofı



Çeviri: !\1ehmeı Koca - Nazife Özdeş Koca Türkçe metnin bilimsel danışmanı: Prof. Dr. Tekin Dereli



© Gemd ·ı Hoofl, 1996



© Türkiye Bilimsel ve Teknik Araşıınııa Kurumu, 1999 Bu yapılın hütün hakları saklıdır. Yazılar ve görsel malzemeler. izin alınmadan tümüyle veya kısmen yayımlanamaz. Türkçe yayın hakları Kesim Ajans aracılığı ile alınmıştır. TÜBiTAK Popıller Bilim Kilup/an '11111 seçimi ı•e değerielidirilmesi T('Bi7AA' l'a,l'ln Komisyo1111 turajindaıı yapılmaktadır.



ISBN 97�- ;03- 193 - 2



!. ll:ısıııı



Evlül 2000 ('iOOO adell



Yayın Yönetmeni: Sed;ıt Sezgen Yayıma Hazırlayan: Barış Bıç:ıkçı Teknik Yönetmen: Duran Akca GrJfik Tasarım: Cemal Töngür llygul:ıma: inci Karakul TlBİTAK



Atatürk Bul\'arı No: 221 Kavakltdere 06100 Ankara Tel: (.312) 427 33 21 Faks: (312) 427 13 36 e-posta: kit;ıp@ıulıitak.go\'.lr İnternet: kiıap.ıuhiıak.gov.tr



Kılıçaslan Maıhaacılık - AnkarJ



Maddenin Son Yapıtaşları



G e r a r d 't H o oft



Buna karşılık fotonu n durgun kütlesinin sıfıra yaklaştığ· ı söylenir. Bununla fotonun kütlesinin sıfır olduğu­ nu söylemek istemiyoruz, sadece fotonun hiçbir za­ man durgu n olamayacağı nı belirtmek istiyoruz. Durgun kütlesi sıfıra yaklaşan tüm parçacıklar gi­ bi foton da kendine özgü 300. 000 kilometre/sani­ ye'lik ışık hızıyla hareket eder; pion bu hıza hiçbir zaman ulaşamaz. Çü nkü bunun için piona sonsuz ki netik enerj i vermek geı·ekir. Foton açısı ndan küt­ le kinetik enerj i olarak değerlendirilebi lir. Pion , proton ve nötrondan hafif. clektmndan ağırdır (bakınız Tablo l ) . Ü ç cins pion vardır: Biri artı, diğeri eksi elektrik yüklü, üçüncüsü ise yük· 1 \'. Bölüm 'del< i i l k d i p nota bakınız .



.)9



Tablo 1. 1 970 'e kadar bilinen ve ömürleri 1 (}20 saniyeden uzun olan temel parçacıklar. Q



Adı



Simgesi



Kütle



Yük



Spin



(Me V) Foton Leptonlar (L



y =



1. B



-



ll



c-nötrinosu



••



Jl-nötrinosu



••



kararlı



00



kararlı



2



- oo



kararlı



7



- oo



kararlı



2,603 x ıo-s



Jl+ Jl-



o



ı



0,5ı09990



-



2



ı ı



ıo5,6584



2 ı



o



-o



o



ır+



1 39,570 1 39,570



+ -



o



ır ıra



1 34,976



o



o



Artı kaon



K+



493,68



+



o



Eksi kaon



K



493,68



-



o



Mezonlar (L = O, B



Nötr pion



=



kipleri



00



o



-o



Artı pion Eksi pion



Asal bozunum



(san iye)



S,



ıl b



0):



-



Mü on A o



=



e



Elekıran



Yaşam süreleri



ı



2,ı970 X 10�



0): o



2,603 x ıo-s



o,84 x ıo-ı6 ı,237 X ıo-8 ı,237 x



ıo-s



5,ı7 X ıo-8



e + v, + "•



+ •• + v.



2y p.+ + v. ; ır+ + ıra ; 3ır



��- + ii. ;



o,



ı



o,



-ı



o,



o



ı, - ı,



3ıra ; ır + + ır - + ıra



-ı ı



± ı, ± ı.



�� ��



ır- + ıra ; 3ır



Uzun-K



K uzun



497,7



o



o



Kısa-K



KK...



497,7



o



o



0,893 x ıo-ı a



2ıra ; ır + + ır-



Eta



'1



547,5



o



o



5,5 x ıo-ı9



3 ır ; 2y



O,



o



Baryonlar (L ; O, B ; 1}:



A



Proton



p



938,2723



+



Nötron



n



939,5656



o



Lambda



A



l l 1 5,68



Sigma-artı



ı;+



1 1 89,4



Sigma-sıfır



ro



ı ı92,5



Sigma-ehi



ı:-



1 197,4



'8!1



1 3 1 4,9



Ksi-sıfır K-eksi Omega-eksi



E-



o-



1321,3 ı672,4



o



+



o o



-



ı ı ı ı ı 2 ı 2



00



kararlı



887



p + e + ii,



2,63 x



0,80 x



ı



7,4 X



ı ı 2



ı,48 x



ı



2 ı



2 J! 2



ıo-ıo



ıo-ıo



ıo-ıo ıo- ıo



2,9 x



ıo- ı o



0,82 x



ıo-ıo



1,64 x



ıo-ıo



p + n-, n + n°, p + e- + V, p + n° ; n + n+ A+y n + n-, n + e- + ii, A + n° A + n-, A + e - + ii, A + K - ; 'B!l + n- ; 'B!l + e- + ii,



O, O,



- ı.



-ı,



- ı,



ı



-ı o o



-ı,



-ı



-2,



2 ı -ı o



-2,



-3,



ı



a Her bir lepton ve bar:vo nun antiparçacıkları da vardır. Parçacık ve antiparçacıkların kütleleri aynı, ama elektrik yükleri ile B ve L kuantum sayıları (daha sonra açıklanacak) birbirinin zıddıdır. Yüksüz mezonların antiparçacık­



ları kendileridir, oysa ır+ ile ır - ve K• ile K - birbirleri nin antiparçacıg-ıdır. Bir antiparçacık. parçacık sembolü üze­



rine konan bir çizgi ile gösterilir. ( Parçacıkların kütle ve ömürleri 1994 listesine göre düzeltilmiştir.) b S (acayiplik) ve /3 (izospin) simgeleri V. Bölüm'ün sonunda açıklanmıştır.



süzdür. Proton ve nötronlar yeterli enerj iyle birbir­ lerine çarptık larında çoğu kez pionlar ortaya çıkar. Bu, şöyle bir olayla karşılaştırılabilir: Herhang·i bir maddeyi ısıttığınızda atomlar birbirlerine sık sık çarpacak biçimde titreşir. Bu durumda atomlar ışık, yani foton yaymaya başlar. Atomların ı O.OOO'de biri kadar olan atom çekirdekleri de ay­ nı şeyi yapabilir. Sert bir şekilde sallandığında çe­ kirdekten pionlar yayılır. Pionun keşfi kolay olmadı. Pion fikri, bilim adamlarının bu tür parçacıkları yapay bir şekilde elde edemedikle ri bir zamanda ( ı 935) ortaya atıldı. Bunu nla birlikte, bilim adamları Evren 'in uzak böl­ gelerinde Doğa'nın cömertçe sağladığı atomaltı parçacıkları inceleme olanağı nı buldular: "kozmik ışınlar". Kozmik ışınların "sis odası" denen bir ay­ gıtta iz bıraktığı biliniyor ve bu izler incelenerek parçacıkların özellikleri belirlenebiliyordu. Ger­ çekten de Yukawa'nın öngördüğü parçacıkların kütlesi ile uyu mlu olan bir parçacık bulundu. Küt­ lesi elektron ve proton arasında olduğu için buna (Yunanca jlE



cc cc



cc



ce



o-



bb bb bb cd di



r+ r B·



d sl ub



T



::D



Kuarklar



r



r



o•



D" D"



s-



B"



1f



A:



cil cJ



bii



db bd edu



Kütle



Spin



3096,9 3686,0



ı ı



3770 2979 34 ı 5 l5ıo 3556



ı o o ı 2



9460



ıoo23 ıOJ55



ı ı



ı



ı869 ı869



o o



ı86S ı865 ı969 ı969



o o o o



5279 5279



o o



5279



o



5279



o



2285



,



!



Yaşam süreci (san iye) 7,5 " ıo-1' 2,4 )( ıo-21



2.8 " ıo-" 6,4 )( ıo-" s )( ıo-" 7,5 )( ıo-" 3 " ıo-" ı .ı )( ıo-"' ı.s )( ıo-"'



ı,5 x ı o-"'



ı.06 )( ı o-" ı.06 )( ıo-"



4,2 )( ıo-" 4,2 X ıo- 11 4,7 X ıo- 11 4,7 x ıo-u ı 5 X ıo- 12 , ı..s )( ıo-12 ı.s x ıo-"



ı .s )( ıo- "



2 )( ıo-"



Baza bozunma kipleri e•e- ,



p+p-, 5ıı, 771, 3ıı + ıK , ppıı • ıı-, vb. e• + e-, p+ + p-, 5ıt, vb.



J/ıp + 2x.



D' + o-. o• +



1t'. e• + .-



� + 2ıt, 4ıt, 2K + 2ıt, p +



p



471, 271 + ıK , 6ıt, 2ıt, }ıp + y, 2K J /ıp + y, 4ıı, 6ıt, ,-b. J Jıp + y, 4ıı, 6ıı, vb. JJ+ + J1. e+ + e-. t .... + C. hadronlar ,



T + 21l, pp.. ee, hadronlar T + 2ıt, r + 2ıt, pp.. ee, hadronlar



K - + 271+, K - + 4x, Jt' + ır' , Jt' + 2ır K + + ın-, K + + 4ıı, K0 + n , K 0 + 2n K - + n• . K" + ıı0,K + 2ıt,K + 3ıı,2n, 2K, K . + ,-,Ko + ıt0,K + 2x,K + 3ıı, 2ıı, 2K , 2K. 2K + ıt, 4ıı, 671, vb. 2K , 2K + ıt, 4ır, 671, vb.



"t• vb. D0 + e- + i,, vb. 1f' + ır• + ır - , vb. D" + ır• + ır -, vb. A + n • , p + K - + ıı·. p + Jt', vb.



1f + 11'+, "'if + e• + D0 + ıc,



vb. vb.



CER N 'de, 1 967- 1 973 yıllarında da İ talya'da kul­ landığı makinelerin gereken enerj iyi sağlamadığı anlaşıldı. Martin Perl, bu zorlu araştırınayı Stanford Line­ er Hızlandırıcı Merkezinde aynı doğrul tuda devam ettirdi. Deneycilerin yaklaşımıyla yukarıda anlatı­ lan teorinin hiçbir ilişkisi yoktu. Güçlü etkileşen parçacıklar proton, nötron ve bunların uyarılmış durumları (rezonanslar) sonsuz bir seri oluşturur­ lar. Niçin zayıf etkileşen parçacıklar iki çiftte (elek t ron ile elektron nötrinosu, müon ile müon nötrinosu) son bulsun ki? Zichichi, çok az sayıda lepton bulunduğundan, yeni fiziğin leptonlar böl­ gesi nde araştıniması gerektiği ni düşünüyoı-d u . Perl 'in düşüncesine göre hadranlar gibi leptonlar da sonsuz sayıda olmalıdır ancak bunları bulmak bi raz daha zordu r. Yeni bir lepton bul mak zordur. Çünkü bir lep­ ıon , kısa ömürlü olmasının yanı sıra, bozunurken gözlen mesi mümkün olmayan nötrinalar yayar. Bu yüzden, bozunan bir yeni leptonun sinyalini tan ı­ mak zordur. Perl. I 975 'de bir sinyal gördüğünde karşısına başka bir problem daha çıktı: Meslektaş­ ları nı bunun güvenilir bir sinyal olduğuna ve bu nedenle yeni bir· leptona ait olduğuna inandırmak . Başlangıçta ben de bunu şüpheyle karşılamıştım , ancak şu anda ölçümler öylesine hassas k i , şüphe etmek için bir neden yok. Kütlesi 1 784 MeV olan bu yeni leptona "tau " ('t) adı verildi. 1 99



Tau, e- + V