Mezonlar

Mezonlar, bir kuark-antikuark çiftinden oluşan orta kütleli parçacıklardır. Üçlü kuark bileşimlerine baryon adı verilir. Mezonlar bozondur; baryonlar ise fermiyondur. Yakın zamanda yapılan deneyler, beşli kuark bileşimlerinin varlığını gösteren kanıtlar sağlamış ve bu yapılara pentakuark adı verilmiştir.

Dizin

Parçacık kavramları

Kaynaklar:
Serway
Ch. 47

Giancoli
Ch. 32

Griffiths

 

HiperFizik***** Kuantum Fiziği

R Nave

Geri Dön





Pion

Parçacık

Simge

Anti-
parçacık

Bileşim

Durgunluk kütlesi
MeV/c2

S

C

B

Ömrü

Bozunum Modları

Pion

π+

π-

ud

139.6

0

0

0

2.60
x10-8

μ+νμ

Pion

π0

Kendisi

135.0

0

0

0

0.83
x10-16

Nötr pion %98,8 oranında iki fotona (gama ışınlarına) bozunur. Elektromanyetik etkileşimle bozunumun zaman ölçeği 10-16 saniye civarındadır. Artı ve eksi yüklü pionların ömrü ise daha uzun olup, yaklaşık 2,6 x 10-8 saniyedir.

Eksi yüklü pion, aşağıdaki çizimdeki gibi, bir müon ile bir müon antinötrinosuna bozunur. Bu bozunum ilk bakışta kafa karıştırıcıdır; çünkü bir elektron ile bir elektron antinötrinosuna bozunum, çok daha fazla enerji üretir. Genellikle en büyük enerji üretimli yol, tercih edilen yoldur. Bu da elektron bozunum yolunu sınırlayıcı bir simetrinin işe karıştığını akla getirir.

Elektron yolunu baskılayan simetri, Griffiths tarafından tanımlandığı üzere, açısal momentumunkidir. Negatif pionun spini sıfır olduğundan, elektron ve antinötrino ters spinlerle yayımlanmalıdır, ki böylece net spin sıfır kalsın. Ama antinötrino daima sağ-ellidir; dolayısıyla elektronun onun çizgisel momentumu (yani yine sağ-elli) yönünde yayımlanması gerekir. Fakat eğer elektron kütlesiz olsaydı, o da (nötrino gibi) sadece sol-elli bir parçacık olarak varolurdu ve elektron yolu bütünüyle yasak olurdu. Yani elektron yolunun baskılanması, elektronun küçük kütlesinin sol-elli simetriden yana olmasına yorulur; böylece bozunumu sınırlar. Zayıf etkileşim kuramı, elektrona bozunan müon kesrinin 1.28 x 10-4 olmasını öngörür ve ölçülen dallanma oranı da 1,23 +/- 0,02 x 10-4 değerindedir.

En hafif mezon olan pion, güçlü etkileşimin maksimum erimini öngörmek için kullanılabilir. Üç pionun güçlü etkileşim özellikleri özdeştir. Pionlar ile güçlü kuvvet arasındaki bağlantı, Hideki Yukawa tarafından önerilmiştir. Yukawa, kuvvet için bir potansiyel ortaya koyup, çekirdeklerin içindeki güçlü kuvvetin görünüşteki eriminin ölçümlerinden, belirsizlik ilkesine dayanarak kütlesini öngörmüştür.

Bir yukarı kuark ile bir anti-aşağı kuarktan oluşan pozitif pionun kütlesinin, protonunkinin 2/3’ü kadar olması beklenirken, kütlesi protonun sadece 1/6’sı kadardır! Bu, hadron kütlelerinin sadece içerdiği kuarklara değil, parçacık içindeki dinamiklere de nasıl bağlı olduğuna bir örnektir.

Pion bir mezondur. Pozitif pion π+ bir yukarı kuark ile bir anti-aşağı kuarktan oluşuyor olarak düşünülür. Nötr pion ise bir kombinasyon olarak düşünülür

Pionlar çekirdeklerle etkileşir ve yukarıdaki Feynman diyagramında belirtildiği gibi bir nötronu bir protona dönüştürür ya da tam tersi:

Pozitif ve negatif (π+ ve π-) pionların spini sıfırdır ve içsel pariteleri negatiftir (Rohlf Sec 17-2).

 

Dizin

Parçacık kavramları

Kaynaklar:
Griffiths
Sec 10.4

Review of Particle Physics, 2010 p623

 

HiperFizik***** Kuantum Fiziği

R Nave

Geri Dön





Psi/J Parçacığı

Parçacık

Simge

Anti-
parçacık

Bileşim

Durgunluk kütlesi
MeV/c2

S

C

B

Ömrü

Bozunum Modları

J/Psi

J/ψ

Kendisi

cc

3096.9

0

0

0

0.8
x10-20

e+e-, μ+μ-...

Psi/J parçacığı bir mezon olup, 1974 yılında Stanford (Richter) ve Brookhaven Ulusal Laboratuarı (Ting) deneycileri tarafından keşfedilmiştir. Kütlesi, protonunkinin üç katından biraz fazladır.Bu parçacık yavaş bozunur ve yukarı, aşağı ve garip kuarkların çerçevesine uymaz. Bir cazibe-anticazibe kuark çifti olarak düşünülür ve dördüncü kuark için ilk sağlam deneysel kanıtı sunmuştur. Richter ve Ting, bu keşiflerinden dolayı 1976 Nobel Ödülü’nü paylaşmışlardır.

Dizin

Parçacık kavramları

 

HiperFizik***** Kuantum Fiziği

R Nave

Geri Dön





Upsilon Parçacığı

Parçacık

Simge

Anti-
parçacık

Bileşim

Durgunluk kütlesi
MeV/c2

S

C

B

Ömrü

Bozunum Modları

Upsilon

ϒ

Kendisi

bb

9460.4

0

0

0

1.3
x10-20

e+e-, μ+μ-..

Upsilon parçacığı, 1977’de Fermilab’da keşfedilen bir mezondur. İlk dört kuarkın (yukarı, aşağı, garip ve cazibe) çerçevesine uymayan bir başka uzun ömürlü parçacık olduğu görülmüştür. Bir alt-antiüst kuark çifti olarak düşünülür ve beşinci kuark için ilk deneysel kanıtı sunmuştur.

Dizin

Parçacık kavramları

 

HiperFizik***** Kuantum Fiziği

R Nave

Geri Dön





Hadronlar

Güçlü etkileşim ile etkileşen parçacıklara hadron denir. Bu genel sınıflandırma, mezonları ve baryonları kapsar ama spesifik olarak, güçlü kuvvetle etkileşmeyen leptonları dışlar. Zayıf etkileşim hem hadronlara hem de leptonlara etkir.

Hadronlar, kuarklardan oluşuyor olarak görülür; ya kuark-antikuark çifti biçiminde (mezon) ya da üç kuark biçiminde (baryon) olurlar. Bununla birlikte, resimde bundan çok daha fazlası vardır; çünkü onları oluşturan kuarkları çevreleyen bir gluon bulutu vardır. Gluonlar, renk kuvvetinin değiş-tokuş parçalarıdır.

Yakın zamanda yapılan deneyler, beşli kuark bileşimlerinin varlığını gösteren kanıtlar sağlamış ve bu yapılara pentakuark adı verilmiştir.

Dizin

Parçacık kavramları

 

HiperFizik***** Kuantum Fiziği

R Nave

Geri Dön





Baryonlar

Baryonlar, standart modelde üç kuarktan oluşan büyük kütleli parçacıklardır. Proton ve nötron, bu parçacık sınıfına dahildir. Diğer baryonlar ise lambda, sigma, xi ve omega parçacıklarıdır.

Baryonlar, mezonlardan farklıdır çünkü mezonlar sadece iki kuarktan oluşur. Baryonlar ve mezonlar, hadronlar (güçlü kuvvet ile etkileşen parçacıklar) olarak bilinen üst sınıfa dahildir. Baryonlar fermiyondur; mezonlar ise bozondur. Yük ve spinin (baryonlar için 1/2) yanı sıra, bu parçacıklara iki başka kuantum numarası daha atanır: Baryon numarası (B=1) ve gariplik (S). Gariplik kuantum numarası S’nin, içerilen garip kuarkların sayısının -1 katına eşit olduğu tablodan görülebilir.

Baryon sayısının korunumu, baryonların etkileşimleri ve bozunumları için önemli bir kuraldır. Baryon korunumunu çiğneyen hiçbir etkileşime rastlanmamıştır.

Yakın zamanda yapılan deneyler, beşli kuark bileşimlerinin varlığını gösteren kanıtlar sağlamış ve bu yapılara pentakuark adı verilmiştir. “Egzotik” de olsa, pentakuark da baryon sınıflandırmasına dahil edilebilir. Pentakuark, dört kuark ile bir antikuarktan oluşur; yani sıradan bir baryon artı bir mezon gibidir.

 

Dizin

Parçacık kavramları

Kaynak:
Serway
Ch. 47

 

HiperFizik***** Kuantum Fiziği

R Nave

Geri Dön







Hideki Yukawa ve Pion

Kuantum elektrodinamik, elektromanyetik kuvveti foton değiş-tokuş süreci olarak ortaya koyduktan sonra, diğer kuvvetlerin de değiş-tokuş kuvvetleri olup olmadığını sormak doğaldı. 1935 yılında Hideki Yukawa, elektromanyetik kuvvetin eriminin sonsuz olma nedeninin, değiş-tokuş parçacığın kütlesiz olması olduğu çıkarımını yaptı. Kısa erimli güçlü kuvvet in, mezon adını verdiği büyük kütleli parçacıkların değiş-tokuşundan ileri geldiğini önerdi. Çekirdeksel kuvvetin etkisel eriminin bir fermi mertebesinde olduğunu gözlemleyerek, belirsizlik ilkesi kullanılırsa, değiş-tokuş parçacığı için bir kütle öngörülebilirdi. Öngörülen parçacık kütlesi 100 MeV civarında bulundu. Bu tanıma uyan bir parçacık bilinmediğinden, öngörü pek dikkat çekmedi.

1937 yılında, Yukawa’nın öngörüsüne yakın kütlede bir parçacık, bağımsız deneylerle Anderson & Neddermeyer ve Street & Stevenson tarafından kozmik ışınlarda keşfedildi. Bu parçacığın güçlü etkileşim ile etkileşmeyen müon olduğu anlaşıldı. Hans Bethe ve Robert Marshak, müonun, aranan parçacığın bir bozunum ürünü olabileceğini öngördü. 1947 yılında, Lattes, Muirhead, Occhialini ve Powell, fotoğrafik emülsiyonları 3.000 metre’de uçurarak, bir yüksek irtifa deneyi gerçekleştirdi. Bu emülsiyonlar, Yukawa parçacığının tüm gerekliliklerini sağlayan pionu açığa çıkardı.

Artık pionun bileşenli bir parçacık olduğunu, bir mezon olduğunu biliyoruz. Şu anki görüşe göre, güçlü etkileşim kuarklar arası bir etkileşimdir ama Yukawa kuramı, güçlü etkileşimin kavranmasında büyük bir ilerlemeye neden olmuştur.

Dizin

Kaynaklar:
Rohlf,
Ch 17.

Lattes, et al.

 

HiperFizik***** Kuantum Fiziği

R Nave

Geri Dön