Güçlü nükleer kuvvet, tahmin edebileceğiniz gibi, gerçekten çok güçlü bir kuvvettir. O kadar güçlü ki, evrendeki en küçük parçacıkların bazılarını çok uzun süreler boyunca, muhtemelen sonsuza kadar bir araya getirebilir. Güçlü güç tarafından bağlanan parçacıklar günlük dünyamızın yapı taşlarını oluşturur: protonlar ve nötronlar. Ancak bir proton veya nötronu kesecek olsaydınız, atom altı parçacıkların hoş ve basit bir düzenlemesini bulamazsınız. Bunun yerine belki de evrendeki en karmaşık güçlerden birinin iğrenç doğuşlarını görürsünüz.
Protonlar ve nötronlar, güçlü gücün yapabileceği tek şey değildir, ancak diğer daha karmaşık ve egzotik düzenlemeleri gerçekten anlamıyoruz. Dahası, gözlemlerimiz ve deneylerimiz bile çok kabataslak. Ancak fizikçiler, doğanın bu temel gücüne ilişkin içgörüyü bir araya getirmeye çalışırken çok çalışıyorlar.
Güçlü ve karmaşık
Güçlü gücü tanımlamak için, onu daha ünlü kuzeni elektromanyetik kuvvetle karşılaştırmak en iyisidir. Elektromanyetik kuvvet ile işler basit, kolay ve anlaşılır; o kadar ki 1900'lerde bilim adamları çoğunlukla bunu çözebildiler. Elektromanyetik kuvvetle, herhangi bir parçacık, elektrik yükü adı verilen bir özelliğe sahip olduğu sürece partiye katılabilir. Bu yüke sahipseniz, elektromanyetik kuvveti hissedip yanıt verirsiniz. Ve her çeşit şerit ve lezzetten oluşan her türlü parçacık, bahçe çeşitliliği elektronunuz gibi bir elektrik yükü taşır.
Başka bir parçacık, ışık parçacığı (foton olarak da bilinir), bir yüklü parçacıktan diğerine elektromanyetik kuvvet iletme işini yapar. Fotonun kendi elektrik yükü yoktur ve kütlesizdir. Işık hızında ilerler, evrende ileri geri hareket eder ve elektromanyetizmayı gerçekleştirir.
Elektrik şarjı. Elektromanyetik kuvvetin tek bir taşıyıcısı. Basit, anlaşılır.
Buna karşılık, güçlü nükleer kuvvete maruz kalan altı parçacık vardır. Grup olarak kuarklar olarak bilinirler ve yukarı, aşağı, üst, alt, garip ve çekicilik gibi yeterince ilginç isimlere sahiptirler. Güçlü nükleer kuvveti hissetmek ve bunlara tepki vermek için, bu kuarkların kendilerine ait bir sorumluluğu vardır. Bu bir elektrik yükü değil (aynı zamanda bir elektrik yüküne sahip olmalarına ve aynı zamanda elektromanyetik kuvveti hissetmelerine rağmen), ancak şeyleri gerçekten kafa karıştırıcı yapan çeşitli nedenlerle, fizikçiler güçlü nükleer kuvvetle ilişkili bu özel yükü renk yükü olarak adlandırıyorlar.
Kuarklar kırmızı, yeşil ve mavi olarak adlandırılan üç renkten birine sahip olabilir. Sadece açıklığa kavuşturmak için gerçek renkler değil, sadece bu garip, şarj benzeri özelliğe verdiğimiz etiketler.
Böylece, kuarklar güçlü kuvveti hissederler, ancak tam olarak sekiz tane parçacık tarafından taşınırlar. Bunlara gluon denir ve kuarkları birbirine yapıştırmak için… gerçekten bekleyin…. Glukonlar ayrıca kendi renk yüklerini taşıma yeteneğine ve arzusuna sahiptir. Ve kütleleri var.
Altı kuark, sekiz gluon. Kuarklar renk yükünü değiştirebilir ve gluonlar da değişebilir, çünkü neden olmasın.
Bütün bunlar, güçlü nükleer gücün elektromanyetik kuzeninden çok daha karmaşık ve karmaşık olduğu anlamına gelir.
Çok Güçlü
Tamam, yalan söyledim. Fizikçiler bu kuarkların ve gluonların bu özelliğine "renk yükü" demiyorlardı, çünkü öyle hissediyorlardı, ama yararlı bir benzetme işlevi görüyorlar. Gluonlar ve kuarklar, tüm renkler beyaza katıldığı sürece daha büyük parçacıklar oluşturmak için birbirine bağlanabilir, tıpkı kırmızı, mavi ve yeşil ışığın beyaz ışığa eklediği gibi ... En yaygın kombinasyon, her biri kırmızı, yeşil, ve mavi. Ancak benzetme burada biraz zorlaşır, çünkü her bir kuark, herhangi bir zamanda kendisine atanan renklerden herhangi birine sahip olabilir; önemli olan doğru kombinasyonları elde etmek için kuark sayısıdır. Böylece tanıdık protonları ve nötronları yapmak için üç kuarktan oluşan gruplara sahip olabilirsiniz. Ayrıca, rengin kendisiyle birlikte iptal ettiği anti-kuark ile bir kuark bağlayabilirsiniz (olduğu gibi, anti-yeşil ile yeşil çiftler ve hayır, sadece devam ederken bunu telafi etmiyorum), bir mezon olarak bilinen parçacık türü.
Ama burada bitmiyor.
Teorik olarak, beyaza kadar kuark ve gluonların herhangi bir kombinasyonunun doğası gereği teknik olarak izin verilir.
Örneğin, her biri içinde iki kuark bulunan iki meson, tetraquark adı verilen bir şeye potansiyel olarak birlikte bağlanabilir. Ve bazı durumlarda, karışıma beşinci bir kuark ekleyebilirsiniz, yine de pentaquark adı verilen (tahmin ettiniz) tüm renkleri dengeler.
Tetraquark'ın tek bir parçacık halinde teknik olarak birbirine bağlanması bile gerekmez. Hidronik molekül olarak adlandırılan şeyi yaparak birbirlerinin yanında olabilirler.
Ve bu ne kadar çılgınca: Glukonların kendileri bir parçacık yapmak için kuarka bile ihtiyaç duymayabilir. Evrende nispeten istikrarlı bir şekilde asılı bir gluon topu olabilir. Onlara glueballs deniyor. Güçlü nükleer kuvvet tarafından izin verilen olası tüm bağlı durumların aralığına kuarkonyum spektrumu denir ve bu bir Sci-Fi TV şovu yazarı tarafından oluşturulan bir isim değildir. Sadece var olabilecek her türlü çılgın kuark ve gluon kombinasyonları vardır.
Öyleyse mi?
Kuark Gökkuşağı
Olabilir.
Fizikçiler, Baber Deneyi ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi birkaç yıldır güçlü nükleer kuvvet deneyleri yapıyorlar ve yıllar boyunca yavaş yavaş kuarkonyum spektrumunu daha derin ve daha derinlemesine incelemek için daha yüksek enerji seviyelerine ulaşıyorlar (ve evet bu cümleyi istediğiniz herhangi bir cümle veya gündelik konuşmada kullanma iznim var, bu harika). Bu deneylerde fizikçiler birçok egzotik kuark ve gluon koleksiyonları buldular. Deneyciler onlara χc2 (3930) gibi korkak isimler veriyor.
Bu egzotik potansiyel parçacıklar sadece geçici olarak var olurlar, ancak çoğu durumda kesin olarak var olurlar. Ancak fizikçiler bu kısa üretilen parçacıkları tetraquarklar ve glueballs gibi var olması gerektiğinden şüphelendiğimiz teorik parçalara bağlamakta zorlanıyorlar.
Bağlantı kurmanın problemi, matematiğin gerçekten zor olmasıdır. Elektromanyetik kuvvetin aksine, güçlü nükleer kuvvet içeren sağlam tahminler yapmak çok zordur. Sadece kuarklar ve gluonlar arasındaki karmaşık etkileşimler nedeniyle değil. Çok yüksek enerjilerde, güçlü nükleer kuvvetin gücü zayıflamaya başlar ve matematiğin basitleşmesine izin verir. Fakat düşük enerjilerde, kararlı parçacıklar yapmak için kuarkları ve gluonları birbirine bağlamak için gereken enerji gibi, güçlü nükleer kuvvet aslında çok iyi. Bu artan güç, matematiğin anlaşılmasını zorlaştırır.
Teorik fizikçiler bu sorunun üstesinden gelmek için bir takım teknikler geliştirdiler, ancak tekniklerin kendileri eksik veya verimsiz. Kuarkonyum spektrumundaki bu egzotik durumların bazılarının var olduğunu bilsek de, özelliklerini ve deneysel imzalarını tahmin etmek çok zordur.
Yine de, fizikçiler her zamanki gibi sıkı çalışıyorlar. Yavaş yavaş, zaman içinde, çarpıştırıcılarda üretilen egzotik parçacıklar koleksiyonumuzu oluşturuyoruz ve teorik kuarkonyum durumlarının nasıl olması gerektiği hakkında daha iyi ve daha iyi tahminler yapıyoruz. Kibritler yavaş yavaş bir araya geliyor ve bize evrenimizdeki bu garip ama temel gücün daha eksiksiz bir resmini veriyor.
Paul M. Sutter astrofizikçi Ohio Eyalet Üniversitesi, birşeyin sahibi Bir Uzay Adamına Sorun ve Uzay Radyove yazarı Evrendeki Yeriniz.
