İçeriğe geçmek için "Enter"a basın

Zayıf Etkileşim

Zayıf etkileşim, diğer adıyla zayıf nükleer kuvvet veya zayıf kuvvet, evrendeki dört temel kuvvetten biridir. Diğer temel kuvvetler kütleçekim, elektromanyetizma ve güçlü etkileşimdir. Bu kuvvetler bir şeylerin bir arada kalmasını sağlarken, zayıf etkileşim bunların dağılmasını ya da bozunmasını sağlar.

Zayıf etkileşim ayar bozonları olan W ve Z bozonları tarafından taşınır. Çok yüksek enerji seviyelerinde, zayıf etkileşim ve elektromanyetizma aynı şekilde davranırlar ve buna elektrozayıf etkileşim denir.

Zayıf etkileşim aslında kütleçekimden daha güçlüdür, ancak sadece çok küçük mesafelerde etkindir. Atomaltı seviyede çalışan zayıf etkileşim yıldızlara güç verir ve elementlerin oluşmasında önemli rol oynar. Ayrıca evrendeki doğal radyasyonun çoğundan da sorumludur.

İtalyan fizikçi Enrico Fermi 1933 yılında beta bozunmasını açıklamak için bir kuram geliştirdi. Bu kuramında zayıf etkileşim olarak isimlendirilen yeni bir kuvvetin, bozunmanın sebebi olduğunu ve bir atomdaki nötronun proton, elektron ve nötrinoya bozunduğunu gösterdi.

Standart Model

Standart Model‘e göre kendinden daha küçüklerine bölünemeyen parçacıklara temel parçacıklar denir. Bu parçacık türünden birinin ismi de kuarktır. Biliminsanlarına göre kuarkın daha küçük bir parçacığı henüz yok, ancak aramaya devam ediyorlar. Kuarkın altı çeşnisi vardır: Yukarı, tılsım, üst, aşağı, garip, alt. Çeşnilerin farklı birleşimlerinde, farklı atomaltı parçacıklar oluşur. Örneğin, iki yukarı ve bir aşağı kuark protonu oluşturur. Kuark çeşnisinin değişmesi protonu nötron yapabilir.

Standart Model
(Görüntüyü büyütmek için yeni sekmede açabilirsiniz.)

Temel parçacıkların başka bir türü de bozondur. Enerji demetlerinden bir araya gelen bozonlar kuvvet taşıyıcılardır. Fotonlar da, gluonlar da bozon türüdür. Dört temel kuvvetin her biri kuvvet taşıyan parçacıkların etkileşimiyle oluşur. Güçlü etkileşim gluon tarafından, elektromanyetizma ise foton tarafından taşınır. Graviton ise kütleçekimin taşıyıcı parçacığıdır, ancak henüz gözlemlenmemiştir.

W ve Z Bozonları

Zayıf etkileşim W ve Z bozonları tarafından taşınır. Bu parçacıklar 1960’larda Nobel ödüllü Steven Weinberg, Sheldon Salam ve Abdus Glashow tarafından öngörüldü ve 1983 yılında CERN’de gözlemlendi.

W bozonları elektriksel yüke sahiptir. Pozitif yüklü W bozonu W+ şeklinde ve negatif yüklü W bozonu W şeklinde gösterilir. W bozonu parçacıkların oluşumunu değiştirir. Elektrik yüklü W bozonu yayarak, zayıf etkileşim kuarkın çeşnisini değiştirir. Böylelikle proton nötrona veya nötron protona dönüşebilir. Bu, nükleer füzyonu tetikleyerek yıldızların yanmasını sağlar. Yanma da daha sonra süpernovalarla uzaya saçılacak olan ağır elementleri yaratır. Yani gezegenlerin, insanların ve Dünya üzerindeki her şeyin yapıtaşları oluşur.

Nötr yüklü Z bozonu zayıf nötr akımı taşır. Parçacıklarla etkileşimini tespit etmek zordur. W ve Z bozonlarını bulma yönündeki çalışmalar elektromanyetizma ve zayıf etkileşimi birleştiren elektrozayıf kuvvetin doğmasıyla sonuçlandı.

Beta Bozunması

Nötronun protona veya protonun nötrona dönüşmesi sürecine beta bozunması denir. Beta bozunması çekirdekte çok fazla nötron veya çok fazla proton olduğunda gerçekleşir.

Beta bozunması iki şekilde gerçekleşebilir. Nötron,  β olarak gösterilen beta eksi bozunmasında 1 proton, 1 elektron ve 1 antinötrinoya bozunur. Proton da  β+ olarak gösterilen beta artı bozunmasında nötron, pozitron ve nötrinoya bozunur. Beta artı veya eksi bozunmasıyla bir element, başka birine dönüşebilir.

Elektron Yakalanması

Elektron yakalanması veya K-yakalanması olarak bilinen süreçle protonlar nötronlara dönüşebilir. Eğer atom çekirdeğinde nötronlara göre çok sayıda proton varsa, en iç kabuktan bir elektron çekirdeğe düşer. Elektron yakalanmasında elektron asıl çekirdek tarafından yakalanır ve sonuç olarak çocuk çekirdekle bir nötrino oluşur. Çocuk çekirdeğin atom numarası da 1 azalır; ancak toplam proton ve nötron sayısı değişmez.

Nükleer Füzyon

Yıldızlardaki ve hidrojen bombalarındaki tepkime olan nükleer füzyonun oluşumunda zayıf etkileşim önemli bir rol oynar. Hidrojen füzyonunda ilk aşama elektromanyetik kuvvet nedeniyle oluşan karşılıklı itimin önüne geçmek için yeterli enerjiyle iki protonu çarpıştırmaktır. Eğer iki parçacık birbirlerine yeterince yakınlaştırılabilirlerse, güçlü etkileşim onları bir arada tutar. Böylelikle kararsız helyum (2He) meydana gelir. Çekirdeğinde iki nötron ve iki proton bulunan helyuma (4He) göre 2He çekirdeğinde iki proton vardır.

Sonraki adımda ise devreye zayıf etkileşim girer. Çünkü protonların çokluğu nedeniyle ikiliden biri beta bozunmasına uğrar. Bundan sonra diğer tepkimelerle nihayetinde kararlı 4He oluşur.

Kaynak 1