Bozunmalar › Harbi Forum
Çekirdekler bir kere oluştuklarında, hep öyle aynı kalmıyor, onlar da bozunabiliyor ve bu sırada çeşitli parçacıklar ışınlıyor. Bu ışınlara; hangi parçacıklardan oluştukları ilk keşfedildiklerinde bilinmediğinden; isim olarak Grekçe alfabenin harfleri, ilkinden başlayarak sırasıyla verilmiş. Örneğin bazı çekirdekler, iki nötron ve iki protondan oluşan helyum çekirdeği gibi kocaman parçacıklar ışınlıyorlar. Böyle çekirdeklere sahip atomlardan oluşan bir cismin yaydığı ışınlara 'α ışınları' deniyor. Bazı çekirdeklerse elektron salıyor ve bu tür çekirdeklere sahip cisimlerin yaydığı ışınlara 'β ışınları' denmiş. Bir de çok yüksek enerjili foton salanlar var. Bunlardan yayılan ışınlara da 'γ ışınları' deniyor.
Radyoaktivite denilen bu olay, geçen yüzyılın başında, o zamanki klasik fiziğin karşı karşıya bulunduğu en ciddi sorunlardan birini oluşturuyordu. Çünkü Newton'un klasik mekanik yasalarına göre; eğer bir sistem kararlıysa, hep ayakta kalmalı; yok eğer kararsızsa, örneğin bir bina ayakta duramayacak durumdaysa, hemen çökmeliydi. Hem de; bu durumda olan binaların hepsi, hemen hemen aynı anda... Halbuki radyoaktif çekirdekler hiç de böyle davranmıyordu. Kararsız oldukları belliydi, o yüzden parçacık ışıyıp bozunuyorlardı. Fakat radyoaktif bir kütlenin çekirdekleri bunu hep birlikte ve aynı anda yapmak yerine; sıcak bir tavadaki mısırların aralıklarla patlamasında olduğu gibi, zamana yaygın bir şekilde yapıyorlardı. Gerçi zamanla, kararsız çekirdeklerin sayısı giderek azaldığından, söz konusu ışıma zayıflıyor, fakat devam edip gidiyordu. Klasik mekanikle açıklanması imkansız görünen bu durum, kuantum mekaniğinin doğuşunu zorlayan ana etkenlerden birini oluşturdu.
Temel Parçacık Dönüşümleri:
Çekirdeğin parçalanması, karmaşık yapısı nedeniyle, anlaşılabilir bir olay. Halbuki nötronun; içindeki kuarkların hapis kalması, dolayısıyla parçalanamaması gerekiyor. Parçalanmıyor da zaten ve nötronun bozunması; yapısındaki aşağı kuarklardan birinin, yukarı kuarka dönüşmesiyle gerçekleşiyor. Evet: Temel parçacıklar da bozunabiliyor; daha doğrusu birbirine dönüşerek, 'çeşni' değiştirebiliyor.
Çeşni değişimi sırasında bir temel parçacık, ansızın bir başkasına dönüşmüyor ve ortaya mutlaka, dönüşümün aracılığını yapacak bir vektör bozonun çıkması gerekiyor. Bu vektör bozonu çok çok kısa bir süre sonra, başka parçacıklara dönüşüyor. Başlangıçtaki parçacığın kütlesiyle kinetik enerjisinin toplamı bazen, bozonun kütlesinden daha az olabiliyor. Enerjinin korunumu ilkesini zedeler görünen bu durum, Heisenberg'in belirsizlik ilkesi sayesinde mümkün oluyor. Çünkü, sonuçta ortaya çıkan ürünlerin kütle ve kinetik enerjilerinin toplamı, başlangıçtaki parçacığınkine eşit olduğu gibi; çok kısa bir süreyle ortaya çıkıp kaybolan vektör bozonu, asla gözlenemiyor. Gerçekliğin kayıtlarına giremeyen böyle taşıyıcılara 'sanal taşıyıcı' veya parçacıklara 'sanal parçacık' deniyor.
Kuarklar tek başlarına gözlenemediğinden, bozunmaları, dolaylı etkileri sonucunda gözlemlenebiliyor. Çünkü bir kuark bozunduğunda, yapısında yer aldığı parçacığın kimliği değişiyor. Örneğin, nötronun protona bozunmasında olduğu gibi.
Nötronun protona bozunması, yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi; içindeki aşağı kuarklardan birinin, sanal bir W- parçacığı aracılığıyla, yukarı kuarka dönüşmesi sonucu gerçekleşiyor. W- parçacığı hızla, bir elektron ve elektron karşıt nötrinosuna dönüşüyor.
Bir protonla karşıt protonun yüksek enerjilerle çarpışması sırasında, protondaki bir yukarı kuarkla, bu kuarkın karşıt protondaki karşıtı; güçlü etkileşimin aracılığıyla birbirlerini yok ederek, bir üst kuarkla karşıtını oluşturabilirler. Üst kuark, en ağır kuark olduğundan, aracı gluonlar sanal olmak zorundadır. Üst kuarkla karşıtı daha sonra, diğer parçacıklara dönüşür.
Örneğin π mezonları, atmosferin üst katmanlarında doğal olarak, kozmik ışınlar tarafından bolca üretiliyor. Bunlardan, orta ağırlıktaki parçacıklar grubunun en hafifi olan π+ mezonu, bir yukarı kuarkla bir aşağı karşıtkuarktan (y-ak) oluşuyor. Kararsız olduğundan, muon leptonunun karşıtı olan µ+ parçacığına; bu karşıt lepton da daha sonra, bir pozitronla (e+) nötrinolara bozunuyor. Bu bozunmalar, kuark dönüşümleri sonucunda, yani zayıf etkileşimin aracılığıyla gerçekleşiyor.
Öte yandan, negatif yüklü π- mezonu, bir aşağı kuarkla bir yukarı karşıtkuarktan (a-yk) oluşuyor. O da kararsız ve kuark dönüşümleri sonucunda, muon leptonuna; bu µ- leptonu da daha sonra, bir elektronla nötrinolara bozunuyor. Bu bozunmalar da keza, kuark dönüşümleri sonucunda, yani zayıf etkileşimin aracılığıyla gerçekleşiyor.
Nötür π mezonu ise; bir yukarı veya aşağı kuarkla, bunun karşıtından (y-yk veya a-ak) oluşuyor. Kuarklar birbirini yokettiğinde, ortaya iki foton çıkıyor ve bu, elektromanyetik etkileşimin aracılığıyla gerçekleşen bir bozunma türü oluşturuyor.
Kuark yokedilmelerine bir başka örneği, bir tılsım kuarkla karşıtından oluşan ηc mezonu veriyor. Buradaki tılsım kuarkla karşıtı, güçlü etkileşim sonucu birbirini yok edip gluonlara, bu gluonlar da daha sonra; hafif kuark gruplarından oluşan, karmaşık hadron parçacıklarına dönüşüyor. Herhalde şaşmamak lazım. Çünkü söz konusu mezon, kendi kendisinin karşıtı ve bu bozunma, güçlü etkileşim aracılığı ile gerçekleşen bir bozunma.
Peki kuarklar bozunuyor da, leptonlar bozunmuyor mu?... Onlar da bozunuyor...
Kuarklar renk yükleri sayesinde güçlü etkileşime girip, gruplar oluşturmakta pek yetenekliler. Halbuki leptonlar, bu etkileşimin gücünden yoksun olduklarından, yalnızlığı tercih etmek zorundalar. Zırt vırt da bozunuyorlar: nötrinolarla elektron hariç. Elektron durup dururken bozunmuyor, ama karşıtı olan pozitronla bir araya geldiğinde yok ediliyor.
Yüksek enerjiyle çarpışan bir elektronla pozitron; zayıf ya da elektromanyetik etkileşim aracılığıyla birbirilerini yok ederek, bir tılsım kuarkla karşıtına vücut verebiliyor. Bu kuarklar da daha sonra, D+ ve D- mezonlarına yol açıyor. Yokedilme sürecinin aşamaları şöyle:
1. aşamada, elektronla pozitron, yokedilmelerine doğru yol alıyor.
2. aşamada, çarpışarak yok oluyor ve büyük miktarda enerji açığa çıkartıyorlar.
3. aşamada ortaya, ya zayıf etkileşimin taşıyıcısı olarak bir Z0, ya da elektromanyetik etkileşimin taşıyıcısı olarak bir gama ışını çıkıyor. Her ikisi de sanal taşıyıcı olabilir.
4. aşamada; sanal taşıyıcı, bir tılsım kuarkla karşıtına vücut veriyor.
5. aşamada, iki kuark birbirinden uzaklaşmaya ve aralarındaki, gluonlardan oluşan güçlü kuvvet alanını germeye başlıyor.