KARŞI-PARÇACIKLAR NEDEN VAR?

Paul Dirac, 1925-1926 senelerinde kuantum kuramını, Einstein’in 1905’teki özel görelilik kuramı ile uyuşturarak kuantum mekaniğinin gelişimini başlatmıştır. Bu iki kuramın birleşiminin yanısıra, 1930’da karşı-maddenin varlığı öngörüsüne katkıda bulunmuştur.

Dirac, fizik çalışmalarına yeni bir yöntem getirerek Dirac denklemi dediğimiz denklemin yapısını tahmin etmiş ve yorumlamıştır. Elektron ile ilgili oluşturduğu denklemi ile kuantum mekaniği ve göreliliği birleştiren ilk kişi olmuştur. Denklem çözüldüğünde ortaya çıkan eksi enerjiler, karşı-parçacıkların var olduğunu göstermiştir. Dirac, kendi fizik felsefesini “Fizik yasaları matematiksel güzelliğe sahip olmalıdır.” sözü ile belirtmiştir.

Görelilik teorisi ve kuantum mekaniğini birleştirmek için tam ihtiyaç olan şey bu karşı-parçacıklardı. Peki, niçin karşı-parçacıklar var olmalıdır? Bunu anlamaya çalışmak bize Pauli’nin dışarlama ilkesini açıklayacaktır.

PAULI’NIN DIŞARLAMA İLKESİ

Pauli’nin dışarlama ilkesine göre 1/2 spinli iki parçacığın dalga fonksiyonunu alıp sonra da bu parçacıkların yerlerini değiştirirsek yeni bir dalga fonksiyonu için bir eksi işareti eklememiz gerekir.

Karşıt parçacıkların elektrik yükleri ve manyetik momentleri parçacıkların tam tersidir. Örneğin, bir elektron bir madde parçacığıdır ve bir pozitron onun karşı-parçacığıdır. Bir elektronun negatif bir yükü vardır ve bir pozitronun pozitif bir yükü vardır. Bir pozitron ve bir elektron zıt manyetik momentler sergiler.

Credits: BROOKHAVEN NATIONAL LABORATORY

Karşı-parçacıkların var olması ile, örneğin bir elektronun pozitronla çift olarak yaratılması mümkün hale gelir. Bir elektron ve pozitronu çift olarak yarattığımızda elektron, daha önce yaratılmış olan elektronlardan biri ile aynı durum içine giremez.

KARŞI-PARÇACIKLAR NASIL YOK OLUR?

Tıpkı x² = 4 denkleminin iki olası çözümü (x = 2 veya x = −2) olabileceği gibi, Dirac denkleminin de pozitif enerjili elektron ve negatif enerjili elektron için bir tane olmak üzere iki çözümü olabilir. Ancak klasik fizik, bir parçacığın enerjisinin her zaman pozitif bir sayı olması gerektiğini söyler.

Dirac denklemi, parçacığa tam olarak uyan ancak zıt yüklü, bir karşı-parçacık olduğu anlamına gelecek şekilde yorumladı. Örneğin; elektron için, her yönden aynı, ancak pozitif elektrik yüküne sahip bir “pozitron” olmalıdır.

Bir parçacık ve karşı-parçacık etkileşimi ikisinin de yok olmasına yol açar.

Bir parçacığı, karşı parçacığı ile bir araya getirdiğinizde patlayarak yok olurlar. Bir başka deyişle birbirlerini tamamıyla imha ederler ve bir enerji patlaması ortaya çıkar.

özel GÖRELİLİK TEORİSİ VE KARŞI-PARÇACIKLAR

Birbirlerini imha eden parçacıkların kütleleri foton veya gluon gibi yüksek enerjili kuvvet taşıyan parçacıklara dönüşür ve orijinal parçacıklardan hiçbir iz kalmaz. Bu da demek oluyor ki kütlenin içinde depolanmış olan çok fazla enerji vardır. Bu da aslında Albert Einstein’ın meşhur teorisinde belirtmiş olduğu gibi aşağıdaki denklem ile kütle ve enerjinin birbirine bağlı olması ile ilgilidir.

E = mc2

[E– Cismin enerjisi (Joule), m– Cismin kütlesi (Kilogram), c2– Işık hızının karesinin sayısal değeri]

Işık hızının(c), 300 milyon metre olduğunu biliyoruz. Bunun denkleme göre ışık hızının karesini aldığımızda, bize kütlenin ne kadar enerjiye sahip olduğunu gösterecektir. Bu enerjinin büyüklüğünü kafamızda canlandırabilmek için bir gram karşı-parçacık ile bir gram normal parçacığı birleştirebileceğimizi düşünürsek ortaya çıkan kuvvet II. Dünya Savaşında Amerika tarafından atılmış olan nükleer bombaların ortaya çıkardığı enerjiden iki kat daha şiddetli bir enerji seviyesi olacaktır.

HER PARÇACIĞIN BİR KARŞI-PARÇACIĞI VAR MIDIR?

Araştırmalara göre, elektrik yüküne sahip parçacıkların bir karşı-parçacığı vardır. Ancak nötr parçacıklar için bilinen bir karşı-parçacık yoktur. Örneğin, foton yüksüzdür ve bir karşı-parçacığı bulunmamıştır. Bazı görüşlere göre foton kendi kendinin karşı-parçacığı olabilir ancak bunun için herhangi bir kanıt yoktur. Bazı parçacıkların karşı-parçacığı bulunup bazı parçacıkların neden karşı-parçacığı olmadığı ise bilinmemektedir.

Foton

Aynı şekilde nötrinolar sıfır elektrik yüküne sahiptir. Bazı görüşlere göre nötrinoların bir karşı-parçacığının olduğuna inanılır ancak bunun için bir kanıt yoktur. Ayrıca nötrinoların da kendi kendinin karşı-parçacığı olması ihtimal dahilindedir. Bu konuda net bir şey söyleyebilmemiz için de herhangi bir kanıt bulunmamaktadır.

KARŞI-PARÇACIKLAR İLE NE YAPABİLİRİZ?

Karşı-parçacıklar ile antiobjeler yapabiliriz. Bu sayede karşı-parçacıkların normal parçacıklardan nasıl farklı olduğunu ve neden karşı-parçacıkların var olduğunu öğrenebiliriz.

Antiprotonlar, bir proton ışınının metal bir hedefe çarpılmasıyla yaratılır. Credits:CERN

Cenevre’deki CERN laboratuvarında şuan sadece birkaç pikogram karşı-parçacık üretilebilmektedir. Ancak muhafazası ve üretimi konusunda daha ileri gidilmelidir. Daha çok karşı-parçacık üretebilsek bile bir elektromanyetik alan aracığıyla teması önleyebilecek muhafaza edebileceğimiz ortamlar oluşturmamız gerekecektir.

KAYNAKLAR
  • Feynman, Richard&Weinberg, Steven, Temel Parçacıklar ve Fizik Yasası, 2.Baskı, Alfa Bilim
  • Cham Jorge&Whiteson Daniel, Hiçbir Fikrimiz Yok, İndigo Kitap
  • Sutton, Christine, “Antimatter”, Brittannica

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s