STANDART MODELE GÖRE MADDE

standart model

     Tarih boyunca filozoflar ve bilim adamları maddenin yapısı hakında yorumlar yapmışlardır. 20.yüzyılın başlarında proton , elektron ve notron keşfedilerek bunların maddenin yapı taşları olduğu kabul edilmiştir. Ancak çok geçmeden bunların da maddenin temel parçacıkları olmadığı anlaşılmıştır.
     1970'lerde ortaya atılan Standart model, temel parçacıklar teorisine ve bunların nasıl etkileşime girdiğine verilen isimdir. Standart modelde, şekilde gösterilen tabloya göre düzenlenmiş on yedi isimli temel parçacık vardır. Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda bulunan son parçacıklar, 1983'teki W ve Z bozonları, 1995'teki üst kuark, 2000'deki tau nötrino ve 2012'deki Higgs bozonudur.
     Temel parçacıklar ya fermiyon denilen maddenin yapı taşları ya da bozon denilen etkileşimin aracılarıdır. Standart modelde on iki adet fermiyon ve beş adet adet bozon bulunmaktadır.
     Madde parçaçıkları "Fermiyon" ve "Bozon" olmak üzere iki kısımdan oluşur.

FERMİYONLAR

     Fermiyonlar, Pauli dışlama ilkesi olarak tanımlanan istatistiksel bir kurala uyar. Basitçe ifade etmek gerekirse, fermiyonlar aynı anda aynı yeri işgal edemez. Başka bir deyişle, aynı kuantum sayılarıyla iki fermiyon tanımlanamaz. Fermiyonlar kısacası madde parçacıklarıdır. (maddenin oluşmasında rol alan temel parçacıklarıdır) Maddeyi oluşturan temel parçacıklar, "Kuarklar" ve "Leptonlar" olmak üzere iki kısımdan oluşur.

1. LEPTONLAR

     Yunanca "leptos" kelimesinden türetilen, ince, narin, hafif veya küçük anlamına gelen leptonlar olarak adlandırılır. Başlangıçta leptonlar 'hafif' partiküller olarak kabul edildi ve 'ağır' partiküllere sahipti, ancak 1975'te tau leptonun keşfi bu kuralı değiştirdi. Bu parçacıkların birbirlerine bağlanmazlar. doğada serbest halde bulunurlar. Bilinen en tanınmış temel parçacığı elektrondur. Hadronlardan daha hafiftir.

2. KUARKLAR

     "Quark" kelimesi, ilk olarak İrlandalı yazar James Joyce (1882-1941) tarafından yazılan Finnegans Wake romanının tek bir satırında ilk defa geçer. Standart ilk ortaya atıldığı zamanlarda bilinen sadece üç tane quark vardı ve isimleri parçığa dair bir anlam ifade ediyordu. Şimdi ise altı quark var ve isimleri parçığa dair bir anlam ifade etmemektedir. Bu temel parçacıklar;
     1. Up (yukarı) kuark
     2. Down (aşağı) kuark
     3. Bottom (alt) kuark
     4. Top (üst) kuark
     5. Charm (tılsım) kuark
     6. Starnge (garip) kuark
     Süpersimetri teorisine göre her doğada her parçacığın bir anti parçacığı bulunur. Kuarkların da antikuarkları bulunur. Bu antikuark parçacıkları;
     1. Anti-Up kuark
     2. Anti-Down kuark
     3. Anti-Bottom kuark
     4. Anti-Top kuark
     5. Anti-Charm kuark
     6. Anti-Starnge kuark

HADRONLAR

     İkili ve ya üçlü kuarkın bir araya gelmesiyle oluşan yapılara "Hadron" denir.Hadronlar, "Baryon" ve ""mezon" olmak üzere iki gruba ayrılır.

1. Baryonlar

     Baryon' ismi, Yunanca 'ağır' kelimesinden gelir. Çünkü, isimlendirildikleri sırada, en bilinen temel partiküllerin kütleleri, baryonların kütlesinden daha düşük olmasıydı. Üç kuarkın bir araya gelmesiyle baryonlar oluşur. Proton, nötron birer baryondur. Yarı-tamsayılı spine sahiptirler. Her baryon kendisine karşılık gelen bir anti-baryonu bulunur. Baryonları oluşturan kuarkların anti-kuarklarıda antibaryonları oluşturur. Örneğin, bir proton iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşurken protona karşılık gelen anti-partikülü olan anti-proton, iki yukarı anti-kuark ve bir aşağı anti-kuarktan oluşur. Bu parçacıklar, evrendeki görünür maddenin kütlesinin çoğunu oluşturur ve her atomun çekirdeğinin bileşenlerini oluşturur.

standart model proton
standart model nötron
2. Mezonlar

     Parçacık fiziğinde mesonlar, güçlü etkileşimlerle birbirine bağlanmış, bir kuark ve bir antikuarktan oluşan atom altı parçacıklardır. Mesonlar kuark alt parçacıklarından oluştuğundan, fiziksel olarak büyüklükleri, kabaca bir femtometre çapındadır, bir proton veya nötronun yaklaşık 1,2 katı büyüklüğündedir. Mezonlar çok kararsız yapılı parçacıklardır, en uzun ömürlü olanı bir kaç mikrosaniyedir.
     Mesonlar doğada aynı madde ve kozmik ışınların açığa çıktığı gibi kuarkların yüksek enerjili çarpışmaları sonucu oluşurlar. Mesonlar ayrıca "cyclotron" (parçacık hızlandırıcı) aracılığıyla yapılan proton anti-proton ve diğer parçacıkların çarpıştırlmarı sonucu yapay olarak da üretilirler. Pion ve Kaon birer Mezondur. Baryonların kütlesinden çok daha hafifdirler.

standart model kaon
standart model pion

BOZONLAR

     Kuantum mekaniğinde, bir bozon Bose-Einstein istatistiklerini takip eden ve madde parçacıkları arasında meydana gelen etkileşimlere aracılık eden kuvvet parçacıklarıdır. İki parçacık sınıfından biri ferniyonlarken diğeri bozonlardır. Örneğin; iki up (yukarı) kuark ve bir down (aşağı) kuarkın bir araya gelmesiyle proton taneciği oluşur. Bu kuarkları bir arada tutan kuvvet parçacıkları bozonlardır. Maddeyi oluşturan temel parçacıklar (yani leptonlar ve kuarklar) fermiyonları oluştururken, temel bozonlar bu temel parçacıklar arasında 'tutkal' gibi işlev görür böylece evrendeki görünür maddenin tümünün oluşmasını sağlar. Bozonlar kendi içinde dört gruba ayrılır.

1. W ve Z Bozonu (Zayıf Çekirdek Kuvveti)

     W ve Z Bozonları kararsız çekirdeklerin bozulmasından, nötrino ve leptonların çekirdek ile etkileşmelerinden sorumlu zayıf çekirdek kuvvetleridir. Menzilli kısadır.

2. Gluon Bozonu (Güçlü Çekirdek Kuvveti)

     Temel kuvvetler arasında güçlü çekirdek kuvvetini oluşturan bozondur. Örneğin çekirdekteki protonları bir arada tutarak dağılmasını engeller. Zayıf kuvveten milyar kez daha kuvvetlidir. Menzili kısadır.

3. Foton

     Yüklü parçacıklar ve elektromanyetik maddeler arasındaki kuvveti oluştururlar. Elektromanyetik kuvvetlerin menzili uzundur.

4. Graviton (Kütle Çekim Kuvveti)

     Kütlesi olan tüm parçacıkların birbirini çekmesinden sorumludur. Kütle çekim kuvvetini oluştururlar. Deneysel olarak halen gözlenememiştir.

Higgs Bozonun

     Standart modele göre Higgs Alanı tüm uzayı doldurmaktadır. Fermiyonların ve W ve Z Bozonlarının kütle kazanmalarının sebebi Higgs Alanıyla etkileşime girmesinden kaynaklanmaktadır. Etkileşime etki eden parçacık Higgs Bozonudur. Higgs Bozonuda, Higgs Alanı ile etkileşime girerek kütle kazanır. Gluon ve Foton Higgs Alanı ile etkileşime giremediğinden kütlesizdir.

MADDE VE ANTİ-MADDE

     Evrende her parçacığın anti-parçacığı (karşıt parçacık) bulunur. Parçacık ile anti-parçacık aynı kütleye sahip iken, yük olarak zıt yüklere sahiptirler. Madde taneciklerini oluşturan temel parçacıkların anti-parçacıkları da anti-maddeyi oluştururlar.
     İlk anti-parçacık olan pozitron (elektronun anti-parçacığıdır) 1930 yılında kozmik ışınlarının incelenmesi sırasında keşfedilmiştir. Elektron -1 yüküne sahip iken karşıt parçacığı olan pozitron +1 yüke sahiptir. İki anti parçacık çarpıştığında birbirlerini yok ederler bu sırada elektronun kütlesine eşdeğer enerjiye sahip iki ve ya daha fazla foton (ışıma) salınır. Bu olaya yok olma tepkimesi adı verilir. Aynı zaman da madde ve anti maddenin durgun kütle enerjisine sahip fotonların çarpışması ile paçacık ve karşıt parçacık oluşur. Bu olaya çift oluşum tepkimesi adı verilir.

BÜYÜK PATLAMA

büyük patlama

     Gökbilimciler Arno Penzias ve Robert Wilson, 1964'te Echo balon uydularından yansıyan sinyalleri ararken elde edilen veriye gömülmüş bir mikrodalga sinyali buldular. O sırada sinyallerin sadece istenmeyen bir gürültü olduğunu varsaydılar ve sinyali filtrelemeye çalıştılar. Ozamanlar ne olduğunu bilmeselerde, tespit ettikleri şeyin evrenin başlangıcından kısa bir süre sonra geldiği ortaya çıkan Kozmik Mikrodalga Arkaplanı (Cosmic Microwave Background) keşfetmişlerdi. Kozmik Mikrodalga Arkaplanı "Büyük Patlama" olarak adlandırılan ve evrenin uzayda yoğun bir sıcak nokta olarak başladığını ve aniden dışa doğru genişlediğini öne süren bir teori öne sürüldü.
     Fiziğe göre evren, tekillikten doğmuştur, yani şuan ki evreni oluşturan madde ve enerji ilk başlarda tek bir bütündü. Fizikçilerin kullandığı bu terim, fizik yasalarına meydan okuyan alanları tanımlayabilir. Tekillikler hakkında çok az şey biliniyor olmasına tağmen bu bölgelerin kara deliklerin çekirdeğinde bulunduğu bilinmektedir. Bir kara delik tüm kütlenin küçücük bir noktaya sıkıştırıldığı ezildiği, son derece ağır ve aynı zamanda çok çok küçük bir yapıdır. Dünyayı bir tenis topu boyutunda sıkıştırdığınızı hayal edin. Bu tekillik daha küçük olurdu.
      Ancak bu, evrenin bir kara delik olarak başladığı anlamına gelmiyor. Böyle bir varsayım, Büyük Patlama'dan önce mevcut olan ve oldukça spekülatif olan bir şeyin sorusunu gündeme getirecektir. Tanım olarak, başlangıçtan önce hiçbir şey yoktu cevabı fiziksel anlamda daha fazla soru ve sorun ortaya koymaktadır. Örneğin, Büyük Patlama'dan önce hiçbir şey yoksa, ilk olarak tekilliğin yaratılmasına ne sebep oldu?

     Bununla birlikte, tekillik bir kez yaratıldıysa (olmasına rağmen), fizikçiler daha sonra ne olacağı hakkında iyi bir fikir sahibi olurlar. Evren sıcak, yoğun bir durumdaydı ve şişme denilen bir süreçle genişlemeye başladı ve genişledikçe soğumaya başladı. Büyük Patlama terimi ilk kez, 1950'de bir İngiliz Yayın Şirketi (BBC) radyo yayını sırasında Sir Fred Hoyle tarafından dile getirilmiştir.
     Terim bir çeşit patlamayı ifade etsede, gerçekten bir patlama olmadı. Bir balonu şişirdiğinizi düşünün, balonun dışının genişlemesi gibi.
     İlk evren (patlamnın olduğu ilk saniyeleri-bir saniyeden daha kısa bir sürede), bugün bildiğimiz fizik yasalarıyla açıklanamadığından, hiç kimse evrenin o zaman nasıl göründüğü hakkında büyük bir doğrulukla tahmin edememektedir. Bununla birlikte, bilim adamları evrenin nasıl geliştiğine dair yaklaşık bir temsil oluşturabilmektediler.
     İlk olarak, başlangıç aşamasındaolan evren o kadar sıcak ve yoğundu ki, protonlar ve nötronlar gibi temel parçacıklar bile oluşmamıştı. Bunun yerine, farklı tür maddeler (madde ve anti-madde) birlikte çarpışarak saf enerji üretiyorlardı. Evren ilk birkaç dakika boyunca soğumaya başladığında, protonlar ve nötronlar oluşmaya başladı. Yavaş yavaş, protonlar, nötronlar ve elektronlar hidrojen ve az miktarda helyum oluşturmak için bir araya geldi. Takip eden milyarlarca yıl boyunca, mevcut evreni oluşturmak için yıldızlar, gezegenler ve galaksiler oluştu.
     Big Bang'in evrenin her tarafına yayılmış ısı imzası, Kozmik Arka Plan Gezgini uzay aracı ve Wilkinson Mikrodalga Anizotropi uydusu tarafından özel olarak incelenmiş ve tespit edilmiştir. Elde edilen bu veriler kozmik doğum olayı için en net kanıtı sağlamaktadır.

büyük patlama

ig Bang teorisi, evrenin kökenlerini açıklayan ve tüm gözlemsel kanıtlarla desteklenen en yaygın kabul gören model olsa da, aynı kanıtı biraz farklı bir hikaye anlatmak için kullanan başka modeller de bulunmakta. Bazı teorisyenler Big Bang teorisinin sahte öncüllere dayandığını ve evrenin sürekli genişleyen bir uzay zaman üzerine inşaa edildiğini iddia ediyorlar. Einstein’ın genel görelilik teorisi tarafından aslında öngörülen statik bir evreni öneriyorlar. Einstein’ın teorisi ancak daha sonra evrenin genişliyormuş gibi görünmesi sağlamak için değiştirildi. Genişlemede, özellikle hikayenin büyük bir parçası olan karanlık enerjinin varlığına da çözüm sunmaktadır. Son olarak, evrenin kütlesinin yeniden hesaplanması, Büyük Patlama olay teorisini desteklemektedir.
     Gerçek olaylarla ilgili bilgilerimiz halan eksik olmasına rağmen, Kozmik Mikrodalga Arkaplan verileri evrenin doğumunu açıklayan teorileri şekillendirmeye yardımcı olmaktadır. Büyük Patlama olmadan yıldızlar, galaksiler, gezegenler veya yaşam olamaz.