Parçacıkların Sınıflandırılması

Bu yazımda parçacıkların sınıflandırılması hakkında bilgiler vereceğim. Konu ile ilgili diğer yazımızda göz atabilirsiniz; atom altı parçacıkları nelerdir. Alan parçacıkları dışındaki tüm parçacıklar, yer aldıkları etkileşmelere göre, iki ana sınıfa ayrılabilir, hadronlar ve leptonlar. Tablo 1’de bu parçacıklardan bir kısmının bazı özelliklerinin özetini verir.

Hadronlar

Çekirdek kuvveti aracılığı ile etkileşen parçacıklara hadronlar denir. Mezonlar ve baryonlar olarak iki sınıfta toplanan hadronlar, kütle ve spinleri ile birbirin­den ayırt edilir.

Mezonların tümü sıfır veya tamsayı (0 veya 1) spinlidir. Bunların mezon adı, Yukawa’nın mezonunun kütlesi elektron kütlesi ile proton kütlesi arasında olmalıdır, beklentisinden gelir. Proton kütlesinden daha büyük kütleli mezonlar var olmasına karşın, birçok mezonun kütlesi bu aralıktadır.

Tüm mezonların sonunda elektron, pozitron, nötrino ve fotonlara bozunduğu bilinmektedir. Piyonlar bilinen en hafif mezonlardır, kütleleri yakla­şık 1,4 x 10² MeV/c² dir ve piyonların üçü de (π⁺, π^– ve π⁰) spinlidir. (Bu Anderson’un 1937 de keşfettiği parçacık olan müon’un bir mezon olmadığını gösterir; müon 1/2 spinli dir. Aşağıda tarif edilen lepton sınıfındandır.)

Baryonlar hadronların, kütleleri proton kütlesine eşit veya daha büyük olan ikinci sınıfıdır (Yunanca baryon ağır anlamındadır) ve spnileri daima bu­çuklu değerlerdir (1/2 veya 2/3). Bir çok diğer parçacık gibi, proton ve nötron baryondur. Proton dışında tüm baryonlar, son üründe proton bulunacak şekilde bozunur. Örneğin, Ξ (Yunanca büyük ksi) denilen baryon, yaklaşık 10^-10s de Λ° (Yunanca büyük lambda) baryona bozunur. Sonra Λ° yaklaşık 3×10^-10s de bir proton ve bir π^– ye bozunur.

Günümüzde hadronların temel parçacık olmadığı, kuark denilen daha temel birimlerin bileşimi olduğuna inanılmaktadır.

Leptonlar

Leptonlar (Yunanca “küçük” veya “hafif” anlamında leptos dan) çekirdek kuv­vetiyle etkileşmeyen parçacıklar grubudur. Tüm leptonlar ½ spinlidir. Hadronların büyüklükleri ve yapıları olmasına karşın, leptonlar, yapıları olmadığın­dan ve noktasal olduklarından, gerçek temel parçacık olarak görülür.

Hadronların tam aksine, bilinen leptonların sayısı azdır. Günümüzde bilim adamları yalnız altı lepton olduğuna inanmaktadır; elektron, müon, tau ve bunların her birine eşlik eden bir nötrino:

1975 de keşfedilen tau leptonunun kütlesi protonun kütlesinin iki katıdır. Tau ya eşlik eden nötrino henüz laboratuvarda gözlenmemiştir. Altı leptondan her birinin bir anti parçacığı vardır.

Günümüzde yapılan araştırmalar, nötrinoların kütlesinin küçük ama sıfırdan farklı olduğunu göstermektedir. Nötrinoların kütlesi olsaydı ışık hızıyla gidemezlerdi. Ayrıca, o kadar çok sayıda nötrino bulunmaktadır ki bunların bileşik kütlesi, evrendeki tüm maddeleri tek bir noktaya çökertip, yeni bir ev­ren yaratmaya yeterli olabilir! Bu olasılığı daha ayrıntılı olarak diğer yazılarımız da tartışacağız.

Korunum yasalarının neden bazı radyoaktif bozunmalar ve nük­leer tepkimelerin gerçekleşip diğerlerinin gerçekleşmediğini anlamak için önemli olduğunu öğrendik. Genel olarak, enerji, doğrusal momentum, açısal momentum ve elektrik yükünün korunum yasaları, tüm işlemlerde izlenmesi gereken kurallar kümesi verir. Temel parçacıkların incelenmesinde, birkaç ek korunum yasası önemlidir. Burada tanımlanan iki tanesinin kuramsal temeli olmamasına karşın, çok sayıda deneysel kanıt ile desteklenmektedir.

Baryon Sayısı

Baryon sayısının korunumu yasası, bir bozunma da veya çekirdek tepkimesin ­de bir baryon yaratıldığında bir antibaryonun da yaratılacağı söylenir. Bu, her bir parçacığa bir kuantum sayısı, bir baryon sayısı verilerek uygulanabilir: Tüm baryonlar için B = +1, tüm antibaryonlar için B = -1 ve tüm diğer parça­cıklar için B = 0. O halde baryon sayısının korunumu yasası, bir çekirdek tep­kimesi veya bozunması meydana geldiğinde, olaydan önceki baryon sayısının olaydan sonraki baryon sayısına eşit olması gerektiğini ifade eder.

Baryon sayısı kesin olarak korunursa, proton kesin olarak kararlı olmalıdır. Proton, baryon sayısının korunumu yasasına uymasaydı, bir pozitron ve bir nötr piyona bozunurdu. Bununla beraber, böyle bir bozunma hiç gözlenmemiştir. Şu anda söyleyebileceğimiz tek şey, protonun yarı ömrünün en az 10³³ yıl olduğudur (Evrenin tahmin edilen yaşı yalnız 10¹⁰ yıldır). Buna kar­şın, son zamanlardaki bir kuramda, fizikçiler protonun kararsız olduğunu öne sürdüler. Bu kurama göre, baryon sayısının korunumu kesin değildir.

Lepton Sayısı

Her bir lepton çeşidi için bir tane olmak üzere, lepton sayısını içeren üç koru­num yasası vardır. Elektron lepton sayısının korunumu yasası, bir çekirdek tep­kimesi veya bozunması meydana geldiğinde, olaydan önceki elektron lepton sayısının toplamının olaydan sonraki elektron lepton sayısının toplamına eşit olması gerektiğini ifade eder.

Elektrona ve elektron nötrinosuna verilen elektron lepton sayısı L_e= l, e⁺ ve antileptonlanna verilen lepton sayısı L_e = -1 ve tüm diğer parçacıkların L_e = 0 dır. Örneğin;

n → p + e^– + v_e

nötron bozunmasını ele alalım. Bozunmadan önce elektron lepton sayısı L_e = 0, bozunmadan sonra 0 + 1 + (-1) = 0 dır. O halde elektron lepton sayısı korunur. (Baryon sayısı da, elbette, korunmalıdır ve korunur: Bozunmadan önce B = +1, bozunmadan sonra B = +1 + 0 + 0 = +1)

Benzer şekilde, bir bozunmada müon varsa, müon lepton savısı Lµ korunur. µ^– ve v_µ ye verilen müon lepton sayısı Lµ ₍ = +1, antimüon µ⁺ ve müon antinötrinoya verilen müon lepton sayısı Lµ = -1 ve tüm diğer parçacıklar için Lµ=0 dır.

Son olarak, tau leptonu, nötrinosu ve diğer parçacıklar için benzer karşı getirmelerle tau lepton sayısı korunur.