Temel parçacıklar evrenin bilinen en küçük yapı taşlarıdır. İç yapıları olmadığı düşünülmektedir, yani araştırmacılar onları yer kaplamayan sıfır boyutlu noktalar olarak düşünmektedir. Elektronlar muhtemelen en tanıdık temel parçacıklardır, ancak parçacıkların ve hemen hemen tüm kuvvetlerin etkileşimlerini tanımlayan Standart fizik Modeli, toplam 10 temel parçacığı tanır.
Elektronlar ve ilgili parçacıklar
Elektronlar, atomların negatif yüklü bileşenleridir. Sıfır boyutlu nokta parçacıkları oldukları düşünülse de, elektronlar, esasen elektronun bir parçası olarak hareket eden sürekli olarak varoluşta ve göz kırpışan diğer sanal parçacıklardan oluşan bir bulutla çevrilidir. Bazı teoriler, elektronun hafif bir pozitif kutba ve biraz negatif bir kutba sahip olduğunu tahmin ediyor, bu da bu sanal parçacık bulutunun biraz asimetrik olması gerektiği anlamına geliyor.
Eğer durum böyle olsaydı, elektronlar antimaddelerinin iki katından, pozitronlarından farklı davranabilir ve potansiyel olarak madde ve antimadde hakkındaki birçok gizemi açıklayabilir. Ancak fizikçiler tekrar tekrar bir elektronun şeklini ölçtüler ve bilgilerinin en iyisine kadar mükemmel bir şekilde buldular ve onları antimadde bilmeceleri için cevaplar olmadan bıraktılar.
Elektronun muon ve tau adı verilen iki daha ağır kuzeni vardır. Uzaydan gelen yüksek enerjili kozmik ışınlar, Dünya atmosferinin tepesine çarptığında ve egzotik parçacıklardan oluşan bir duş oluşturduğunda müonlar oluşturulabilir. Taus, elektronlardan 3.400 kat daha ağır oldukları için daha nadir ve üretimi daha zordur. Nötrinolar, elektronlar, müonlar ve taus, lepton adı verilen temel parçacıklar kategorisini oluşturur.
Kuarklar ve tuhaflıkları
Protonları ve nötronları oluşturan kuarklar, başka bir temel parçacık türüdür. Leptonlarla birlikte kuarklar madde olarak düşündüğümüz şeyleri oluşturur.
Bir zamanlar, bilim adamları atomların mümkün olan en küçük nesneler olduğuna inanıyorlardı; kelime Yunanca "atomos", "bölünmez" anlamına gelir. 20. yüzyılın başlarında atom çekirdeklerinin protonlardan ve nötronlardan oluştuğu gösterilmiştir. Daha sonra, 1950'ler ve 60'lar boyunca, partikül hızlandırıcıları, piyonlar ve kaonlar gibi bir sürü egzotik atomaltı parçacıkları ortaya çıkarmaya devam ettiler.
1964'te, fizikçiler Murray Gell-Mann ve George Zweig, Kaliforniya'daki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nın tarihsel bir raporuna göre, bağımsız olarak protonların, nötronların ve partikül hayvanat bahçesinin geri kalanının iç işleyişini açıklayabilecek bir model önerdiler. Protonların ve nötronların içinde ikamet etmek, kuark adı verilen ve olası altı tipte veya tatta gelen küçük parçacıklardır: yukarı, aşağı, garip, çekicilik, alt ve üst.
Protonlar iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan yapılırken, nötronlar iki aşağı ve yukarıdan oluşur. Yukarı ve aşağı kuarklar en hafif çeşitlerdir. Daha büyük parçacıklar daha az büyük parçacıklara dönüşme eğilimi gösterdiğinden, yukarı ve aşağı kuarklar da evrende en yaygın olanlardır; bu nedenle protonlar ve nötronlar bildiğimiz konunun çoğunu oluşturur.
1977'de fizikçiler laboratuvardaki altı kuarktan beşini izole ettiler - yukarı, aşağı, garip, çekicilik ve dip - ancak 1995'e kadar Illinois'deki Fermilab Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı araştırmacıları son kuarkı, en üst kuarkı bulamadılar. Bunu aramak, Higgs bozonunu daha sonra avlamak kadar yoğundu. Üst kuark üretimi o kadar zordu ki, yukarı kuarklardan yaklaşık 100 trilyon kat daha ağırdır, yani parçacık hızlandırıcılarında çok daha fazla enerji gerektirir.
Doğanın temel parçacıkları
Sonra doğanın dört temel gücü vardır: elektromanyetizma, yerçekimi ve güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler. Bunların her birinin ilişkili bir temel parçacığı vardır.
Fotonlar en çok bilinenlerdir; elektromanyetik kuvveti taşırlar. Gluonlar güçlü nükleer kuvveti taşır ve protonların ve nötronların içindeki kuarklarla ikamet ederler. Belirli nükleer reaksiyonlara aracılık eden zayıf kuvvet, W ve Z bozonları olmak üzere iki temel parçacık tarafından taşınır. CERN'e göre, sadece zayıf gücü ve yerçekimini hisseden nötrinolar bu bozonlarla etkileşime giriyor ve böylece fizikçiler ilk önce nötrino kullanarak varlıkları için kanıt sağlayabiliyorlardı.
Yerçekimi burada bir yabancı. Standart Model'e dahil edilmemiştir, ancak fizikçiler, graviton olarak adlandırılacak ilişkili bir temel parçacığa sahip olabileceğinden şüphelenmektedir. Gravitonlar varsa, onları Cenevre, İsviçre'deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) oluşturmak mümkün olabilir, ancak CERN'e göre, bulundukları yerde boş bir bölgenin arkasında bırakarak hızla ekstra boyutlara kaybolacaklardı. LHC şu ana kadar graviton veya ekstra boyut kanıtı görmedi.
Zor Higgs bozonu
Son olarak, tüm diğer parçacıklara kütlelerini vermekten sorumlu olan temel parçacıkların kralı Higgs bozonu var. Higgs için avlanmak, Standart Model kataloğunu tamamlamaya çalışan bilim adamları için büyük bir çaba oldu. Higgs nihayet tespit edildiğinde, 2012'de fizikçiler sevindi, ancak sonuçlar da onları zor bir noktada bıraktı.
Higgs neredeyse tam olarak tahmin edileceği gibi görünüyor, ancak bilim adamları daha fazlasını umuyordu. Standart Modelin eksik olduğu bilinmektedir; örneğin, yerçekimi tanımından yoksundur ve araştırmacılar Higgs'i bulmanın Standart Modelin yerini alabilecek diğer teorileri işaret etmeye yardımcı olacağını düşündüler. Ama şimdiye kadar, bu aramada boş düştüler.
Ek kaynaklar:
