İçeriğe geçmek için "Enter"a basın

Kuark

Proton ve nötron gibi hadronları oluşturmak için bir araya gelen atomaltı parçacıklara kuark denir.

Daha önceleri elektron, nötron ve proton üçlüsünün temel parçacıklar olduğu, yani kendilerinden daha küçük parçalara ayrılamadığı, düşünülüyordu. Ancak parçacık hızlandırıcılarının kullanılmaya başlamasıyla ortaya çıktı ki yalnızca elektron temel parçacıktı; protonlar ve nötronlar kuarklardan oluşuyorlardı. Kuarkları proton ve nötronlarda bir arada tutansa gluon ismindeki bozondur.

Standart Model Parçacıkları

Kuarkın çeşni denen 6 türü vardır: Üst, alt, tılsım, garip, aşağı, yukarı. Yukarı, tılsım ve üst kuark +23 yüküne sahiptir. Aşağı, garip ve alt kuark ise –13 yüküne sahiptir. Ayrıca her kuarkın eşi bir antikuark da vardır. Antikuarklar kuark eşlerinin zıt yüklerini taşırlar. Yani üst, tılsım, yukarı antikuarklar  –23 yükteyken; alt, garip, aşağı antikuarklar  +13 yüktedirler.

Normal maddelerin atomları içinde, yalnızca yukarı ve aşağı kuarklar bulunur. 23 + 23 – 13 = +1 hesabıyla 2 yukarı kuark ve 1 aşağı kuark, protonu oluşturur. 2 aşağı 1 yukarı kuarksa 23 – 13 – 13 = 0 hesabıyla nötronu oluşturur. Diğer dört kuark Dünya’da doğal olarak bulunmamalarına rağmen parçacık hızlandırıcılarında üretilebilirler. Yıldızların içinde de bu kuarklardan bazıları bulunuyor olabilir.

İki ya da daha fazla kuark güçlü etkileşimle bir arada tutulduklarında hadronu oluştururlar. Hadronların kuantum sayılarını oluşturan kuarklara değerlik kuark denir. Hadronlar kendi içlerinde baryonlar (3 değerlik kuarktan oluşur) ve mezonlar (1 kuark ve antikuarktan oluşur) olarak ikiye ayrılırlar.

Kuarklar birbirlerinden uzaklaştırılınca, onları bir arada tutan kuvvet daha da güçlenir. Artık kuarkların birbirlerinde ayrıldıkları noktaya gelindiğinde, kuarklardan iki set oluşur. Çünkü onları ayıran enerji 2 yeni kuark oluşturmak için yeterlidir.

Kuark fikri 1964’te Murray Gell-Mann ve George Zweig tarafından öne sürüldü. Parçacığın peşinden giden biliminsanları da 1968’de onu buldular. En anlaşılmazları olan üst kuark ise kuramsallaştırıldıktan yaklaşık 20 yıl sonra 1995’te bulundu.

Kuark
Çeşnisi
Baryon
Sayısı
YüküGaripliği**Tılsım**Alt**Üst**Kütle
(MeV)
Aşağı (d)1/3−(1/3)e00005–15
Yukarı (u)1/3+(2/3)e00002–8
Garip (s)1/3−(1/3)e−1000100–300
Tılsım (c)1/3+(2/3)e01001,000–1,600
Alt (b)1/3−(1/3)e00-104,100–4,500
Üst (t)1/3+(2/3)e0001180,000

** Bunlar farklı çeşnileri ayırt etmek için kuarklara verilen kuantum sayılarıdır.

Tüm temel parçacıkları kapsayan kuramsal çatıya Standart Model denir. Bu modele göre kuarkın 6 çeşnisi vardır.: Aşağı, yukarı, garip, tılsım, alt, üst. Bunların karşı parçacıklarına antikuark denir ve çeşnilerin simgelerinin üzerine yatay bir bar çizilerek gösterilir.

Kuarklar ​12 spinli parçacıklardır. Spin-istatistik teoremine göre bu özelliklerinden dolayı fermiyon olarak sınıflandırılırlar. Pauli Dışarlama İlkesi’ne uyarlar. Yani hiçbir fermiyon aynı kuantum durumunda aynı anda bulunamaz.

Leptonlardan farklı olarak kuarkların renk yükü de vardır. Bu da onların güçlü nükleer kuvvetle etkileşmesini sağlar. Farklı kuarklar arasındaki çekim hadron olarak bilinen bileşik parçacıkların oluşmasını sağlar.

Renk Yükü

Kuantum renk dinamiğine göre kuarkların renk yükü denen bir özelliği vardır. Bu yükler rastgele olarak mavi, yeşil, kırmızı olarak sınıflandırılmışlardır. Bu yüklerin antimavi, antiyeşil ve anti kırmızı olarak karşı yükleri vardır. Her kuark bir renk, her antikuark bir antirenk taşır.

Bu renk yükleriyle yüklü kuarkların arasındaki itme ve çekme meydana gelmesi olayına güçlü etkileşim denir ve bu kuvvetin taşıyıcı parçacığı gluondur. Güçlü etkileşimi tanımlayan kurama kuantum renk dinamiği denir.

Tek renk değeri olacak bir kuark, karşılık gelen rengi taşıyan antikuarkla bağıl bir sistem oluşturabilir. Bunların etkileşiminin sonucu renk nötrlüğü olur. ξ renk yüküne sahip bir kuark, −ξ renk yüküne sahip bir antikuarkla etkileştiğinde sonuç sıfır ya da beyaz renk yükü ve mezon olur. Bu süreç, optikteki toplanır renk modeline benzerdir. Benzer şekilde, her biri farklı renk yüküne sahip üç kuarkın etkileşimi ya da üç farklı antirenge sahip üç antikuarkın etkileşimi baryon ve antibaryon oluşturur.

Renk Yükü

Zayıf Etkileşim

Zayıf etkileşim yoluyla bir kuark çeşnisi başka bir kuark çeşnisine dönüşebilir. W bozonu yayarak veya soğurarak yukarı kuark türlerinden herhangi biri (yukarı, tılsım, üst) aşağı kuark türlerinden birine (aşağı, garip, alt) dönüşebilir.

Çeşnilerin bu dönüşüm düzeni nötronun proton, elektron ve elektron-antinötrinoya bölündüğü beta bozunmasının radyoaktif sürecine neden olur. Bu, W− sanal parçacığını yayarak nötrondaki aşağı kuarklardan birinin yukarı kuarka bozunmasıyla ve nötronun protona dönüşmesiyle olur. W bozonu da daha sonra elektron ve elektron-antinötrinoya bozunur.

Kaynak 1