Nedir bu 'parçacık' dedikleri şey?

Okullarda maddenin atomlardan oluştuğunu ve atomlarınsa daha küçük boyuttaki proton, nötron ve elektronlardan oluştuğunu öğreniyoruz. Protonlar ve nötronlar kuarklardan oluşmuştur, ama elektronlar kuarklardan oluşmamıştır. Şimdiye kadar var olan bilgimize göre; elektronlar ve kuarklar, kendilerinden daha küçük herhangi bir şeyden oluşmayan temel parçacıklardır.

Her şeyin parçacıklardan oluştuğunu söylüyoruz, peki ama nedir bu parçacık dedikleri? Bir parçacığın temel olduğunu söylemek ne anlama geliyor? Parçacıklar neyden oluşmuştur? Eğer kendilerinden daha küçük birimlerden oluşmadılarsa?

Fizikçi ve bilim yazarı Greg Gbur’ a göre: ”Geniş anlamda düşünecek olursak, parçacıklar sayılabilecek varlıklardır.” Bir Kuark’ın yarısından yada bir elektronun 1/3’ünden bahsedemeyiz. Aynı çeşit parçacıkların hepsi birbirinin aynısıdır, farklı renklere yada kendilerini ayırt edebilecek bir etikete sahip değiller. Herhangi iki elektron bir dedektörde aynı sonucu verecektir, bu kendilerini temel yapan şeydir. Farklı tiplerde ortaya çıkmazlar.

Bu sadece madde için geçerli değil; ışık da foton adı verilen parçacıklardan oluşmuştur. Çoğu zaman bireysel fotonları göremeyiz, fakat astronotlar gözlerini kapattıklarında bile, gama ışınlarının göz bebeğinin içindeki sıvıdan geçerken oluşturdukları fotonları gördüklerini bildiriyorlar. Bu ışık, Cherenkov ışığı olarak bilinir.

Parçacık Alanları

Bu hikayenin tamamı değil tabi. Bu parçacıkları sayabiliriz. Fakat bu parçacıklar yok olup oluşturulabilir ve hatta başka parçacıklara da dönüşebilirler. Beta ışıması diye bilinen bir nükleer reaksiyon boyunca, çekirdek içerisindeki nötron protona dönüşürken, çekirdek bir elektron ve temel bir parçacık olan bir anti-nötrino yayınlar. Eğer bir proton ve bir elektron düşük hızlarda çarpışırsa, birbirini yok eder ve geriye sadece gama ışınları bırakır. Eğer yüksek hızlarda çarpışırlarsa, büyük miktarda başka parçacıklar oluştururlar.

Herkes Einstein’ın ünlü E= Mc^2 denklemini duymuştur . Bu kısmen şu anlama geliyor, bir parçacığı oluşturmak için kütlesine orantılı enerjiler gerekir. Küçük kütleye sahip nötrinoları oluşturmak kolaydır, elektronlar için daha büyük enerjiler gerekirken, Higgs bozonunu oluşturmak için çok büyük enerjiler gerekir. Fotonları, kütlesi ve elektrik yükleri olmadığı için oluşturmak en kolay şeydir

Fakat parçacıkları oluşturmak için enerjiden daha fazlası gerekir. Elektronları manyetik alan içeresinde hızlandırarak fotonları oluşturabilirsiniz, fakat elektronları yada nötrinoları bu şekilde oluşturamazsınız. Burada önemli olan şey, parçacıkların doğanın 3 temel kuvveti; elektromanyetik kuvveti, zayıf kuvveti ve güçlü kuvveti kullanarak nasıl etkileştikleridir. Fakat kuantum teorisinde bu kuvvetler de parçacıklar kullanılarak açıklanmışlardır: elektromanyetik kuvvet fotonlar tarafından taşınır, zayıf kuvvet W ve Z bozonları tarafından kontrol edilir ve güçlü kuvvet için gluonlar gerekir.

Tüm bunlar “Kuantum Alan Teorisi ” adı verilen bir fikirle birlikte açıklanır.

Kuantum alan teorisinde bir çok kitap yazan teorik fizikçi Anthony Zee'ye göre: “Alan Teorisi kuantum mekaniğini kapsar ve kuantum mekaniği geriye kalan fiziği kapsar. “

Bu konseptteki belirsizliğe rağmen, alan teorisi her şeyi açıklar. İki elektron birbirine doğru gelerek elektromanyetik alanı değiştirirler ve tıpkı bir gölette oluşan dalgalar gibi fotonları oluştururlar . Bu fotonlar daha sonra elektronları birbirinden daha uzağa iter.

Dalgalardan Ne Haber? 

Dalgalar parçacıklar ve alanları anlamak için kullanılabilecek en iyi metafordur. Elektronlar parçacık olmalarının yanında, aynı zamanda elektron alanında birer parçacıklardır. Kuarklar, kuark alanında birer dalgadırlar (altı çeşit kuark olduğu için altı çeşit alan vardır). Fotonlar su dalgacıkları gibi büyük veya küçük, şiddetli yada zorla gözlenebilir olabilirler. Madde parçacıklarını tanımlayan alanlar, daha çok gitar tellerindeki dalgalar gibidirler. Eğer telleri yeteri kadar sert çekmezseniz, herhangi bir ses duymazsınız. Bir elektronu oluşturmak için, elektronun kütlesine denk gelen bir enerjiye ihtiyaç duyarsınız.

Tüm bu kuantum düşüncelerden dolayı, parçacıkları birer küçük top olarak düşünmek herhangi bir fayda getirmez.

Fotonlar ve diğer parçacıklar uzayda birer dalga gibi hareket etmelerine rağmen, onları birer topmuşlar gibi sayabiliriz.

Kurulan metafor mükemmel değildir. Elektronlar, elektromanyetizma ve diğer her şey için var olan alanlar bütün uzay-zamanı doldururlar.

Tüm bunların yanında, eğer parçacıklar alanlardan geliyorsa, bu alanlar temel midir veya bunları açıklamak için daha derin bir fizik gereklimdir sorularına henüz cevap veremiyoruz. Daha iyi bir teori üretilene kadar, var olan teoriyi kullanabiliriz.

Kaynak
http://fizikakademisi.com/2016/06/02/nedir-bu-parcacik-dedikleri-sey/