Yeni Fizik 1. Giriş Bilim tarihinin çeşitli dönemlerinde

Fizik Dünyası, 2012
Yeni Fizik
K.O. Ozansoy, Ankara Üniversitesi, Fizik Mühendisliği Bölümü
Bu yazıda, bilimsel yöntemin gelişimine dair kısa bir giriş yaptıktan sonra yeni fizik kavramı üzerinde
tartışmak, büyük ölçekteki ve özellikle küçük ölçekteki fiziksel sistemlere ilişkin güncel yeni fizik
kavramlarını ve arayışlarını kısa bir biçimde özetlemek amaçlanmıştır.
1. Giriş
Bilim tarihinin çeşitli dönemlerinde, "tüm
temel problemlerin çözülmüş olduğu, geriye
ancak bu problemlerin çözümünde ileri
sürülen yöntemlerin ayrıntılı incelemesinin
kaldığı" biçiminde ifade edilebilecek
karamsar tahminlerin, çağlarının en meşhur
bilim adamları tarafından bile zaman zaman
dile getirildiği görülmektedir. Bu türden
tahminlerin geçersiz kılındığı, çığır açıcı
yeni evren anlayışlarının geliştirildiği,
bilim, teknoloji, sanat ve toplum hayatında
önemli dönüşümlerin baş gösterdiği
dönemler için bilim tarihçilerinin uzlaştığı
bir ayrışım; antik çağ dönemi, ortaçağ
dönemi, Rönesans dönemi ve modern bilim
dönemi biçiminde yapılmaktadır. Bu
dönemlerin her birinde, bir önceki döneme
ait, pek çok alandaki yaklaşımların yerini
"yeni" tabir edilen yaklaşımların aldığı
görülmektedir.
Doğaya ilişkin kendi döneminde doğru
kabul edilen bilimsel yaklaşımlar, Thomas
Kuhn' un (1922-1996) tabiri ile o dönemin
paradigması olarak nitelendirilmektedir.
Örneğin, Kopernik ve Kepler' in Güneş
merkezli evren modeline yol açan gökbilim
çalışmalarından önceki dönemin, evren
algısını
biçimlendiren
paradigması
Batlamyus' un (Ptolemy) Dünya merkezli
evren modeli idi. Kepler yasalarının
Newton' un matematiksel olarak formüle
ettiği evrensel kütle çekim yasası ve hareket
teorisi çerçevesinde ifade edilmesi ile
onyedinci yüzyıldan itibaren Newton
mekaniği bir paradigma halini almıştır.
Ondokuzuncu yüzyılın sonları ve yirminci
yüzyılın başlarından itibaren fizikteki
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
gelişmelerin öncülük ettiği paradigma,
görelilik teorileri ve kuantum mekaniği ile
ifade edilen yeni fizik (veya modern fizik)
olarak baş göstermiştir.
Modern bilimin gelişim süreci hiç şüphesiz
ki deneysel tekniklerin gelişimi sürecine
doğrudan bağlıdır. Antik dönem ve ortaçağ
dönemindeki eski uygarlıkların daha çok
insan algılarına dayanan ve basit aletler
kullanarak ürettikleri, sistemli deneylere
dayanmayan, çoğunlukla analitik olmayan
varsayımlar ve düşünceler doğaya ilişkin
kalıplaşmış yanlış kabullerin yüzyıllar
boyunca hâkim olmasında etkili olmuştur.
Ortaçağda, özellikle Müslüman bilim
adamlarının Yunan eserlerini Arapçaya
tercüme etmeleri ve deneysel ölçümlere
dayanan bilgiye ulaşabilmek için çeşitli
aletler üretmeleri ve kullanmaları Rönesans
döneminde
Galileo,
Newton
ve
çağdaşlarıyla birlikte olgunlaşan bilimsel
yöntem yaklaşımının alt yapısına katkı
sağlamıştır. Deneysel ve gözlemsel
sonuçlara dayanan sistematik çalışmalarla
ortaya
çıkan
bilimsel
teorilerin
geliştirilmesi,
doğa
yasalarının
irdelenmesinde bilimsel araştırma yapma
yönteminin rolünü tersinir olmayan bir
süreçle öne çıkarmıştır. Teleskopun icadı ile
ivme kazanarak gelişen astronomi, sıcaklık
ölçüm araçlarının geliştirilmesi ile başlayan
ve buhar makinelerinin icadı ile hız kazanan
termodinamik, yanma olayının analizi ve
kimyasal atomların sınıflandırılması ile
fizikten ayrı bir bilim olarak gelişen kimya,
elektrik ve mıknatıslanma olaylar üzerine
çalışmalarla geliştirilen elektromanyetizma,
C1.S1.M0. 1
Fizik Dünyası, 2012
görünür bölgenin dışındaki elektromanyetik
ışınım spektrumunun keşfi ile başlayan
spektrum incelemeleri, özellikle yirminci
yüzyılın başından itibaren görelilik teorileri
ve kuantum mekaniğinin geliştirilmesi hem
doğa üzerine bilimsel bilgiye dayalı bir
anlayışın benimsenmesi yolunda hem de
teknolojinin geliştirilerek insan hayatının
merkezine yerleşmesi yolunda önemli
katkılar sağlamıştır.
Bu yazıda, bilimsel yöntemin gelişimine
dair kısa bir giriş yaptıktan sonra yeni fizik
kavramı üzerinde tartışmak, büyük
ölçekteki ve özellikle küçük ölçekteki
fiziksel sistemlere ilişkin güncel yeni fizik
kavramlarını ve arayışlarını kısa bir
biçimde özetlemek amaçlanmıştır. Hareket
ve etkileşme teorilerine ilişkin kısa bilgiler,
parçacık fiziğinde sıkça kullanılan sabitler
ve birimler, Standart Model' e ilişkin ileri
seviyeli bilgiler, Einstein alan denklemleri,
vb. Ekler kısmında tanıtılmıştır. Burada ele
alınacak konunun önemli bir kısmını
oluşturan bilimsel yöntemin ve modern
fiziğin gelişimi, Kaynaklar kısmında bir kaç
tanesi listelenen [1-5], meşhur kaynak
kitaplarda tarihsel gelişim yönünden ve özel
örnekler
yönünden
ayrıntılı
olarak
incelenmiştir.
2.
Bilimsel Yöntem
Bilimsel yöntem ifadesi ile doğa yasaları
üzerine, Galileo, Newton ve çağdaşları
tarafından benimsenen ve geliştirilen
sistematik
araştırma
yöntemi
anlaşılmaktadır. Bu yöntemin uygulanması
ile ortaya çıkarılan bilgiler, bilimleri teşkil
etmektedir. Bilimsel yöntemin üç ana
aşaması şöyle ifade edilebilir:
• Gözlem aşaması
• Deney aşaması
• Kuramsal ve matematiksel aşama
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
Gözlem aşamasında; araştırılmak istenilen
bir görüngünün (fenomenin) gözlenmesi
bilimsel bir araştırma için başlangıç
noktasını oluşturur. Başka görüngüler
üzerine çeşitli gözlem sonuçları ile
farklılıklar veya benzerlikler dikkate
alınarak,
karşılaştırmalar
yapılarak
gözlemler nitel hale getirilir. Deney
aşamasında; nitel gözlemlerin ışığında,
yeni olguları anlama aşaması olarak
görüngülerin sınıflandırılması ve benzerlik
veya farklılıkların araçlar kullanarak
ölçümünü içerir. Kuramsal ve matematik
aşamada; gözlem ve deneylerin sonuçları
mantık ve matematiğin temel ilkeleri
yardımıyla benzer olguları açıklamak üzere
önermeler ve tahminler geliştirilir. Bu
önermeler doğrultusunda yeni öngörülerle
tekrarlı
gözlem
ve
deneyler
gerçekleştirilerek kuramlar ve sonrasında
da yasalar ifade edilmeye çalışılır.
Onaltıncı yüzyıldan itibaren büyük bir
hız kazanan keşifler ve icatların bir kısmı,
özellikle fizik ve matematik alanları dikkate
alınarak, kısaca şöyle özetlenebilir:
Keplerin gezegenlerin Güneş etrafındaki
yörüngelerine ilişkin yasaları; teleskopun
Lippershey tarafından icadından hemen
sonra Galileo tarafından gök cisimlerini
incelemek için kullanılışı ve ardından
gözlemsel astronomideki keşifler; Leibnitz
ve Newton' un birbirinden bağımsız olarak
türev hesabını icadı; Newton' un türev ve
integral hesabını kullanarak, klasik fiziğin
temelini oluşturan Newton hareket
yasalarını geliştirmesi; Newton' un kütle
çekimsel etkileşmeler için evrensel kütle
çekim yasası; Lavosier' in modern kimyanın
gelişimine öncülük eden deneyleri; Dalton'
un atom modeli; başta Newton, Bernoulli'
ler, Euler, Lagrange, Laplace, Fourier,
Gauss, Caucy ve Riemann' ın çalışmaları
olmak üzere onsekizinci ve ondokuzuncu
yüzyıldaki öncü çalışmalarla türevli ve
integral denklemler, dik fonksiyonlar, eğri
uzaylar, reel ve kompleks analiz, vs.
C1.S1.M0. 2
Fizik Dünyası, 2012
teorilerinin
geliştirilmesi
ve
fizik
problemlerinin çözümünde kullanılması;
başta Fourier, Carnot, Joule, Kelvin, Gibbs
ve Boltzmann' ın çalışmaları olmak üzere ısı
yayılımı, termodinamik ve istatistik fiziğin
geliştirilmesi; Franklin, Volta, Ohm,
Coulomb ve çağdaşlarının çalışmaları ile
elektrostatik etkileşmeler üzerine deneysel
ve teorik çalışmaların yapılması; Faraday'
ın elektromanyetik indüksiyon yasasını
ifadesi ve sonrasında Maxwell' in
çalışmaları ile elektromanyetik etkileşmeler
teorisinin
kuruluşu;
elektromanyetik
alanların dalga kuramının Hertz deneyleri
ile doğrulanması; Mendeleev' in kimyasal
elementler
için
periyodik
tabloyu
oluşturması.
Son yıllarda büyük bir hızla gelişen
teknoloji, uygulamalı bilimleri cazibeli
kılmasına karşın, temel bilimlerin özellikle
de kuramsal ve matematiksel fiziğin
değerinin göz ardı edilmesine yol
açmaktadır. Burada, kuramsal veya
matematiksel fiziğin bilimsel yöntem
açısından önemini ayrıca vurgulamakta
yarar vardır. Matematiksel fiziğin amacı,
birbiriyle ilişkisiz gibi görünen gözlemsel
olgular arasında bağlantılar kurmak ve
bunları ifade etmektir. Matematiksel fizik
yardımı ile ulaşılabilecek doğa yasaları
birbirinden ayrık olayları birleştirir.
Matematiksel fiziğin kuramları, felsefi ve
estetik öneminin dışında ayrıca günlük
hayatta kullanışlı olacak biçimde hesap
yapma özelliğini de içinde barındırmalıdır.
Fiziksel gözlenebilirler üzerine öngörüler
üreten bu hesapların, bilim tarihinde sık sık
beklenmeyen yeni olayların keşfine yol
açtığı ve birçok durumda sadece gözlem ve
deneylerle incelenmesi mümkün olmayan
meselelere ışık tuttuğu görülmektedir.
Kuramsal çalışmaların ışık tuttuğu pek çok
örnekten
birkaçı
şöyledir:
Neptün
gezegeninin varlığına ilişkin, 1846'da
Bouvard' ın Uranüs yörüngesindeki
beklenmeyen değişiklikleri açıklamak için
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
doğrudan gözlemlere dayanmayan sadece
matematiksel hesaplara dayanan kuramsal
öngörülerinden
yararlanılarak,
Galle
tarafından Neptün gezegeni gözlenmiştir.
Maxwell' in 1865'te ifade ettiği
elektromanyetik alan kuramına göre
elektromanyetik alanların boş uzayda
(vakumda) ışık hızı ile yayılan dalgalar
biçiminde davrandıklarına ilişkin kuramsal
öngörüsü, 1886'da Hertz' in radyo
dalgalarını üretmesi ile doğrulanmıştır. De
Broglie' nin 1924'te geliştirdiği maddesel
parçacıkların da tıpkı ışık gibi dalga
özelliklerine sahip olduğunu ifade eden
kuramına göre bir elektron demetinin tıpkı
ışık demeti gibi kırınıma uğradığı Davisson
ve Germer tarafından 1927'de deneysel
olarak gözlenmiştir.
Bir fizik kuramının bir doğa yasasını ifade
etmesi için sahip olması beklenen çeşitli
özellikleri vardır. Kuram, gözlem ve
deneylerin yapıldığı yerden bağımsız olarak
doğru öngörülerde bulunmayı sağlamalıdır;
varsayımları basit ve sade olmalıdır ve
hesap yapabilmek için matematiği yalın
olmalıdır; hem kendi içinde tutarlı olmalı
hem de başka kuramlarla uyuşumlu
olmalıdır; başlangıçta tasarlanan olayın
dışındaki olayları açıklayabilmek için
genişletilebilir olmalıdır; yeni görüngüleri
açığa çıkarabilmek veya görüngüler
arasındaki ilişkileri ortaya koyabilmek için
elverişli olmalıdır. Bilimsel yöntemin her
bir aşaması şüphesiz ki vazgeçilemez
öneme sahiptir ve birbirini destekler
niteliktedir. Bunun yanı sıra, doğanın
incelenmesinde temel sorulara cevap
arayışında, hızla ilerleyen teknolojik
gelişmelerin
öncülüğünde
ilerleyen
deneysel araştırmalara yön veren kuramsal
çalışmaların ileri düzeydeki matematiksel
içeriği, günümüzde kuramsal çalışmalar
yapmak için ileri seviyede matematiksel
uzmanlık kazanmak gerekliliğini ortaya
koymaktadır. Kuramsal bilimin önemini
ifade eden meşhur sözlerden birkaçını
C1.S1.M0. 3
Fizik Dünyası, 2012
hatırlatmak yerinde olur. 1910'da grup
teorisinin fizikte asla bir yerinin
olamayacağı görüşü ile müfredattan
kaldırılmasını öneren meşhur fizikçi Jeans,
kuantum mekaniğinin geliştirilmesinden
sonra 1930'da ilk basımı yapılan
"Mysterious Universe" isimli kitabında
"Evrenin Büyük Mimarı artık kendisini bir
pür matematikçi olarak göstermektedir."
mecazı ile bir anlamda saf matematiğin
önemini kutsallaştırmaktadır. Diğer taraftan
elektronu keşfeden J. J. Thomson kuramsal
bilimlere verilmesi gereken önemi şöyle
ifade etmiştir: "Uygulamalı bilimlerde
yapılan araştırmalar gelişmelere, saf
kuramsal bilimlerde yapılan araştırmalar
ise devrimlere yol açar."
ve Curie' lerin keşfettikleri radyoaktivite
bilinen fizik kuralları ile açıklanamıyordu.
Bu problemlerin çözümüne ilişkin
çalışmaların ışığında yirminci yüzyılın ilk
otuz yılı içerisinde, pek çok fizikçi olmayan
kişinin halen "yeni fizik" olarak tabir ettiği
ışık hızına yakın hızlarda hareketleri
anlayabilmek için gerekli olan görelilik
kuramları ve atom altı ölçekteki sistemleri
incelemek için gerekli olan, "olasılıkçı" bir
kuram olarak kuantum mekaniği geliştirildi.
Bu yeni fiziğin kuramsal öngörülerine ve
deneysel
tekniklerin
geliştirilmesine
dayanan çalışmalarla birlikte modern bilim
döneminde fizik ve dolayısıyla diğer doğa
bilimleri açısından yeni bir dönem
başlamıştır.
Fizikte, ondokuzuncu yüzyılın sonlarındaki
dönemde hâkim olan evren algısına göre,
Newton' un hareket yasaları tüm hareketli
sistemlerin yörüngelerinin incelenmesi için
yeterli görülürken Newton'un kütle çekimi
yasası ile ifade edilen kütle çekimi
etkileşmeleri
ve
Maxwell'
in
elektromanyetik alan kuramı ile ifade edilen
elektromanyetik etkileşmelerin doğadaki
yegâne iki temel etkileşme olduğu kabul
ediliyordu. Bu anlayışa göre tüm temel fizik
problemleri çözülmüş geriye sadece
ayrıntılı incelemeler ve uygulamalar
kalmıştı. Bu düşünceler, zamanın meşhur
bilim adamları tarafından öne çıkarılmakta
iken özellikle bir dizi deneysel çalışmanın
ortaya çıkardığı problemler, bilinen klasik
mekanikçi
yöntemlerle
çözülebilir
görünmüyordu. Bu problemlerden bazıları
şöyledir: Eter problemi: Elektromanyetik
dalgaların dolayısı ile ışığın bir dalga
biçiminde
hareket
etmesine karşın
Michelson-Morley deneyleri bu dalganın
yayıldığı varsayılan ortam olan "eter" in
varlığına dair bir sonuç vermemekteydi.
Siyah Cisim Işınımı problemi: Siyah cismin
elektromanyetik ışınım enerjisinin frekansa
veya dalga boyuna göre davranışı
açıklanamıyordu. Radyoaktiflik: Becquerel
Fizikte, özellikle atom ölçeğindeki
sistemler için klasik fizik öngörülerinin
yetersiz olduğu anlaşıldıktan sonra,
kuantum teorisinin ortaya çıkışının
ardından yeni dönem ortaya çıkmıştır.
Böyle bir ayrışıma göre küçük, büyük ve
bunların arasında kalan orta ölçekteki
sistemlere ilişkin, son yüz yıl içerisindeki
bazı önemli gelişmeler şöyle sıralanabilir:
Küçük ölçekli sistemlerin incelenmesinde,
atomaltı parçacıkların, karşı-parçacıkların,
egzotik parçacıkların keşfi, zayıf ve güçlü
etkileşmelerin keşfi, abelyen-olmayan yerel
ayar teorilerine göre elektromanyetik ve
zayıf etkileşmeleri birleştiren Standart
Model’in (SM) ve güçlü etkileşmelerin
Kuantum Renk Dinamiğinin (KRD)
geliştirilmesi,
yüksek
enerjili
hızlandırıcıların faaliyete geçirilmesi.
Büyük ölçekli sistemlerin incelenmesinde
ise gözlem araçlarının teknolojisinin hızla
gelişmesi, optik bölgenin dışında astronomi
gözlemlerinin
yapılmaya
başlanması,
Samanyolu
galaksisinin
dışındaki
galaksilerin keşfi, nötron yıldızlarının,
atarcaların, kuasarların, vb. gök cisimlerinin
keşfi, evrenin oluşumunun açıklanmasında
büyük patlama kuramına yol açan evrenin
genişlediğinin gözlenmesi, kozmik arka
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
C1.S1.M0. 4
Fizik Dünyası, 2012
alan ışınımın keşfi ve son yıllardaki
gözlemlerle birlikte evrenin genişleme
hızının arttığının keşfi. Küçük ve büyük
ölçeğin arasındaki bölge diye ifade
edilebilecek bölgedeki bazı önemli
gelişmeler ise şöyle sıralanabilir: Süperakışkanlığın keşfi, süper iletkenliğin keşfi,
lazer
teknolojisinin
geliştirilmesi,
elektromanyetik
dalgaların
çeşitli
uygulamaları üzerine kurulu teknolojik
çalışmalar,
bilişim
kuramlarının
geliştirilmesi ve teknolojik uygulamaları,
iki-boyutlu nano-ölçekli sistemler üzerine
araştırmaların geliştirilmesi, vs. Küçük ve
büyük ölçekteki güncel durumu biraz daha
ayrıntıları ile ifade edelim.
3.
Küçük Ölçek: Parçacık Fiziği
Parçacık fiziği çerçevesinde incelenen
konular ve deneysel çalışmalar, başlıca
aşağıdaki
soruların
yanıtlanmasına
yöneliktir:



Maddenin temel yapı taşları (temel
parçacıklar) nelerdir?
Temel parçacıklar arasındaki temel
etkileşmeler nelerdir?
Temel
parçacıklar
arasındaki
etkileşmeleri ifade eden hareket
teorisi nedir?
Özellikle
atom
altı
parçacıkların
keşfedilmeye
başlanmasından
sonra
parçacıkların temel özelliklerinin ve
birbirleri ile etkileşmelerinin araştırılması
üzerine yapılan deneysel ve kuramsal
çalışmalar, yüksek enerji fiziği veya diğer
bir ifadeyle parçacık fiziğinin doğmasına
yol açmıştır. Parçacıkların elektromanyetik,
zayıf çekirdek ve güçlü çekirdek
etkileşmelerini SU(3)xSU(2)xU(1) yerel
ayar teorisine dayanarak ifade eden bir
kuantumlu alan teorisi olan Standart Model
(SM), yüksek enerjili çarpıştırıcılarda
yapılan deneylerle, ∼ 10−18 m ölçeğine,
diğer bir ifade ile 1 TeV = 1012 eV enerji
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
ölçeğine
kadar
muazzam
biçimde
uyumludur. Neredeyse tüm kuramsal
öngörüleri birçok deneyle çok büyük
duyarlılıklara kadar doğrulanmakta olan
Standart Model, yaklaşık kırk yıldır temel
parçacık fiziğinin bir paradigmasıdır.
3.1 Temel Parçacıklar
Maddenin yapı taşları olan temel
parçacıklara ilişkin bilgilerimiz ancak
deneyler yolu ile tespit edilebilen
parçacıklarla sınırlıdır. Eski çağlardan beri
farklı uygarlıklar sadece gözlem ve akıl
yürütmeye dayanan çeşitli varsayımlar
geliştirmişlerdir. Örnek olarak; Helenistik
dönemde maddenin yapı taşları ateş, toprak,
hava, su şeklinde dört elementle ifade
edilirken; Çinliler, toprak, su, ateş, metal,
tahta; Japonlar, toprak, su, hava, ateş,
boşluk; Hintliler, ışık, boşluk, ses, ateş,
toprak, hava, su şeklinde çeşitli temel
element varsayımları geliştirmişlerdir.
Bugüne
kadar
yaşayan
önemli
varsayımlardan bir tanesi Demokritus' a
(M.Ö.400ler)
atfedilen
maddenin
bölünemez yapı taşı anlamını taşıyan
"atom" kavramıdır. Maddenin temel yapı
taşlarının neler olduğuna ilişkin varsayımlar
zaman içinde farklılaşmış ve deneysel
incelemelere önem verilerek geliştirilmiştir.
Kimya alanındaki deneysel incelemeler
özellikle
onsekizinci
yüzyılda
yoğunlaşmıştır ve bu incelemelerin bir
ürünü olarak Dalton' un kimyasal atom
kuramı ile ondokuzuncu yüzyılda maddenin
temel yapı taşları olarak kimyasal atomlar
kabul edilmiştir. Ondokuzuncu yüzyılın
sonlarında elektron -keşfedilen ilk atom altı
parçacık olarak- J.J. Thomson tarafından
1896'da katot ışınlarının yük bölü kütle
oranı deneyi ile keşfedilmiştir. 1910'dan
sonra Rutherford' un atom çekirdeğini, daha
sonra protonu, Chadwick' in nötronu keşfi
ile birlikte bilinen tüm maddeleri elektron,
proton ve nötrondan oluşacak bir biçimde
C1.S1.M0. 5
Fizik Dünyası, 2012
kuantum mekaniği ile incelemek mümkün
hale gelmiştir. 1930lardan sonra bilinen
maddeyi oluşturan parçacıkların dışındaki,
egzotik diye adlandırılan parçacıkların
varlığı kozmik ışınların incelenmesi sonucu
keşfedilmiştir.1
1940lara kadar bilinen parçacıklar,
keşfediliş sırasına göre şöyledir: e− (1897),
p+ (1919), n0 (1932), e+ (1932), ν
(1930?,1955), µ± (1937), π±(1946).
3.2 Temel Etkileşmeler
Temel parçacıklar nasıl etkileşir sorusunun
cevabı bilinen dört tür temel etkileşme
teorisi ile ifade edilebilir:




Elektromanyetik
etkileşmeler:
Elektrik yükü taşıyan parçacıkların
elektromanyetik etkileşmeleri foton
aracılığı ile sağlanır ve klasik
Maxwell teorisi ile göreli kuantum
mekaniğinin birleşimi ile geliştirilen
Kuantum Elektrodinamiği (KED)
çerçevesinde deneysel sonuçlarla
son derece uyumlu öngörülerde
bulunulur.
Zayıf etkileşmeler: Zayıf yük veya
çeşni yükü taşıyan parçacıklar W ve
Z aracı bozonları aracılığı ile birbiri
ile etkileşirler ve V-A (vektöraksiyel vektör) zayıf etkileşme
teorisi ile teorik hesaplar yapılır.
Güçlü etkileşmeler: Renk yükü adı
verilen yüke sahip olan parçacıklar
gluonlar aracılığı ile birbirleriyle
etkileşirler ve Kuantum Renk
Dinamiği ile teorik hesaplar yapılır.
Kütle çekim etkileşmeleri: Kütleli
parçacıklar, graviton aracılığı ile
birbirleriyle etkileşirler ve görelilik
teorisi ile teorik hesaplar yapılır.
1
Kozmik ışınlarda, Dünya'daki herhangi bir laboratuvarda
üretilebilecek parçacık enerjilerinden çok daha büyük
enerjilerde parçacıklar üretilir. Birincil ışınların içeriği
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
Bu etkileşmelerden kütle çekim
etkileşmesinin kabul gören kuantumlu
bir teorisi henüz bilinmemektedir.
Dolayısıyla, kütle çekim etkileşmeleri
için aracı parçacık olarak diğer
etkileşmelere benzer bir biçimde
graviton parçacığı varsayılmaktadır.
Kuantum Elektrodinamiği (KED),
elektron, pozitron gibi elektrik yükü
taşıyan parçacıkların, U(1) grubunun
ayar bozonu olan foton aracılığı ile
etkileşmelerini deneyle çok büyük
hassaslıklara kadar uyumlu öngörülerle
ifade etmektedir. Zayıf etkileşmeler,
tüm çeşni yükü taşıyan parçacıklar için
geçerlidir ve SU(2)xU(1) elektrozayıf
ayar teorisi çerçevesinde aracı bozonlar
W ve Z aracılığı ile ifade edilirler. Güçlü
etkileşmeler için Kuantum Renk
Dinamiğinde (KRD), elektrik yükü
yerine renk yükü, fotonlar yerine güçlü
etkileşmelerin aracı parçacıkları olan
gluonlar
dikkate
alınarak
elektromanyetik etkileşmelerin ayar
simetrisinden biraz daha farklı bir
simetriye sahip olan SU(3) lokal ayar
simetrisine uygun olarak güçlü
etkileşme
teorisi
ifade
edilir.
Elektrozayıf
etkileşmelerle
güçlü
etkileşmelerin ortak bir simetri grubu
çerçevesinde ifade edilmesine yönelik
pek çok kuramsal çalışma yapılmıştır.
Bu türden birleştirme teorilerine genel
olarak Büyük Birleşik Teoriler adı
verilir ancak bu teorilerde genellikle
protonun bozunumu ve manyetik tekkutupların varlığı öngörülmektedir.
Henüz proton bozunumu veya manyetik
tek-kutupların varlığına ilişkin bir iz
gözlenmediğinden birleşik teoriler
kuramsal olarak cazibeli ve aktif bir
araştırma sahası olmasına karşın
Standart Modelin öngörülerinin yerini
şöyledir: %90 proton + %9 Helyum çekirdeği + %1
elektron, %0 ağır çekirdekler.
C1.S1.M0. 6
Fizik Dünyası, 2012
alacak biçimde deneysel bulgularla
desteklenmiş değildir. Kütle çekimi
etkileşmelerinin, diğer üç temel
etkileşmeden farklı olarak henüz
deneyle sınanabilir öngörülere sahip,
kabul gören kuantumlu bir teorisi
yoktur. Atom altı parçacıkların
birbirleri ile kütle çekimi etkileşmeleri
bilinen kütle çekimsel etkileşme şiddeti
ile
gerçekleştiği
takdirde diğer
etkileşmeler
yanında
deneyle
ölçülemeyecek
kadar
zayıf
görünmektedir. Kütle çekimsel etkilerin
diğer temel etkileşmelerin şiddetinden
baskın olduğu ön görülen Planck ölçeği,
halihazırda herhangi
bir deney
tarafından ulaşılabilen enerji seviyesi
veya etkileşme menzili ile kıyaslanabilir
bir ölçek değildir. Bir fikir vermesi
açısından,
yüksek
enerjili
çarpıştırıcıların günümüzdeki zirvesini
temsil eden LHC'nin (Büyük Hadron
Çarpıştırıcısı) maksimum enerjisi 104
GeV mertebesinde iken Planck enerjisi
1019 GeV mertebesindedir. Kuantumlu
bir kütle çekim teorisinin diğer üç temel
etkileşme
ile
bir
arada
incelenebilmesinin önemi çok büyüktür.
Böyle
bir
kuantumlu
teorinin
oluşturulamaması,
kütle
çekimi
etkileşmelerinin, fiziğin geri kalan
etkileşmeleri ile bir arada incelenmesine
engel teşkil etmektedir. Tüm temel
etkileşmelerin bir arada içerildiği
teoriler "Herşeyin Teorisi" olarak
nitelendirilmektedir.
3.3 Parçacıkların Sınıflandırılması
Parçacıkların
teorik
olarak
sınıflandırılmasında temel ilke fizik
yasalarının Poincare dönüşümleri yani
Lorentz dönüşümleri ve uzay-zaman
ötelemeleri altında değişmez kalması
varsayımına dayanır. Bir temel veya
birleşik yapıdaki parçacık, Poincare
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
grubunun indirgenemez temsillerinden
birine uygun Poincare grubunun
elemanları altında dönüşen bir kuantum
alanının bir durumuna karşılık gelecek
biçimde tanımlanır. Buna göre, her bir
parçacık belirli bir kütle ve spine
sahiptir ve her bir parçacık için aynı
kütle ve spine sahip bir karşı-parçack
vardır. Kuantum mekaniksel olarak
nedensellik ilkesinin bir sonucu olarak
parçacıkların spinleri ile istatistiksel
davranışları arasında bir ilişki vardır:
tam sayılı spine sahip parçacıklar
bozonlar yarım tam sayılı spine sahip
parçacıklar ise fermiyonlar olarak
adlandırılırlar.
3.3.1 Madde Parçacıklarının
Sınıflandırılması


Hadronlar: Çekirdeğin yapısını
oluşturan proton, nötron veya
bunlara
benzer
etkileşme
özelliklerine sahip pion, kaon
vb. iç yapıları kuarklardan
oluşan "ağır" parçacıklardır.
Leptonlar: Güçlü etkileşmelere
girmeyen elektron, muon, tau ve
bunların
nötrinolarının
oluşturduğu "hafif" parçacıklar
sınıfıdır.
Kuark teorisine göre, leptonlar temel
parçacıklardır ancak hadronlar, üç kuarktan
oluşan baryonlar ve kuark ile karşı-kuark
çiftlerinden oluşan mezonlar olarak iki
gruba ayrılırlar. Son yıllarda kuarklar ve
gluonlardan oluşan melez parçacıklar da
hadronlar için yeni bir alt grup
oluşturmaktadır.
Maddenin temel yapı taşlarına ilişkin
çalışmalar, atom altı parçacık fiziği
çerçevesinde ilerlemektedir. Bu alanda
yapılan çalışmalar hem özel görelilik
teorisinin hem de kuantum mekaniğinin
öngörüleri
için
bir
test
zemini
C1.S1.M0. 7
Fizik Dünyası, 2012
oluşturmaktadır. Ondokuzuncu yüzyılın
başlarında geliştirilen yeni fiziği ifade eden
bu iki teorinin bir ürünü olan göreli alan
teorisi, atom altı parçacıkların temel
özelliklerine ve etkileşmelerine ilişkin tüm
modern araştırmaların çıkış noktasını teşkil
etmektedir.
Çizelge 1: Elektrozayıf Etkileşmelerin
Standart Modelinde içerilen parçacıklar.
Leptonlar
Kuarklar
±
Bozonlar
3.4 Standart Model
Glashow (1961), Weinberg (1967) ve
Salam (1968) tarafından geliştirilen
elektrozayıf
etkileşmeler,
güçlü
etkileşmelerin ayar grubuyla birleştirilerek
SU(2)L×U(1)Y×SU(3)c ayar grubu ile ifade
edilen parçacık fiziğinin Standart Modelini
oluştururlar. Standart Model, deneysel
sonuçlarla büyük ölçüde uyuşumlu görünen
teorik
öngörü
hesapları
yapmayı
sağlamaktadır.
SM’ nin ilk önemli başarısı 1973'te yeni bir
görüngü olarak nitelendirilen yüksüz-zayıf
akımların keşfi ile sağlanmıştır. Daha
sonraları yapılan birçok deneyde SM' nin
öngörülerini doğrulayan deneysel veriler
elde edilmiştir. Son olarak, 1983'te CERN'
deki
̅ çarpıştırıcısında keşfedilen W± ve
Z0 bozonlarının kütleleri tam olarak SM' nin
öngörüleri mertebesinde ölçülmüştür: mZ
=91,1 GeV ve mW = 80,4 GeV. SM' de
Çizelge 1 ile verilen parçacıklar ve bunlar
arasındaki etkileşmelerin ifade edilmesi için
bazı parametrelerin değerlerinin deneysel
olarak bilinmesi gerekir. Bu şekilde SM
tarafından belirlenmeyen toplam onyedi
serbest parametre vardır (bu sayı güçlü
etkileşmeler de dikkate alınırsa onsekize
çıkar). SM' deki ayar parametreleri g, g′, µ2,
v şeklindedir ve bu parametreler deneyde
gözlenen α, GF, MZ, MH gibi fiziksel
parametreler cinsinden ifade edilerek SM'
nin öngörüleri hesaplanabilir. Üç temel
parametre olan g, g′ ve v kullanılarak
modelin tüm gözlenebilirlerini ilke olarak
istenilen duyarlılıklara kadar ifade etmek
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
mümkündür. Bu üç parametrenin, fiziksel
olarak tanımlanması renormalizasyon
teorisinin konusudur ve bunlar bir defa
tanımlandığında artık modelin diğer tüm
gözlenebilirlerini öngörmek mümkündür
[6-10].
=
(1)
2
+
2
=
e
=
(2)
+
(3)
MW, MZ ve e fiziksel gözlenebilirlerinin
değerleri deneysel olarak belirlenebilir.
Örneğin, MZ kütlesi, ilk defa LEP' te (Large
Electron-Positron) Z-rezonansının tepe
değeri etrafındaki ölçümlerle belirlenmiştir.
Bu gözlenebilirlere ilişkin LEP (LEP1 ve
LEP2) sonuçları (MW ve MZ için GeV
cinsinden) şöyledir:
= 91,1875 ± 0.0021,
= 80,450 ± 0.039,
∆
≈ 2 × 10
∆
= 137,03599235(73),
≈ 5 × 10
∆
≈ 5 × 10
(4)
(5)
(6)
Küçük
ölçekte
özellikle
LHC
çarpıştırıcısından elde edilecek veriler
büyük bir merakla beklenmektedir. Temel
parçacıkların Standart Modeline göre kütle
kazanım mekanizmasının temel unsuru olan
Higgs parçacığının bu deney çerçevesinde
gözlenip
gözlenemeyeceği
Standart
C1.S1.M0. 8
Fizik Dünyası, 2012
Modelin geçerlilik sınırları ile ilgili
belirleyici bir bilgi verecektir.2 Higgs
bozonu bu deneyde gözlenemezse zaten,
nötrino salınım deneyleri, yük-parite
asimetrisi deneyleri, vb. deneylerle elde
edilen SM ötesi yeni fizik kurguları daha
güçlü olarak savunulmak üzere güncel
çalışmalara konu olacaktır. LHC' deki
deneylerden elde edilecek verilerle bir
kısmı aşağıda ifade edilen sorulara belirli
bir
ölçüde
cevaplar
bulunması
beklenmektedir.







Standart
Modelde
temel
parçacıkları
kütlelerinin
üretilmesini sağlayan Higgs
Mekanizması doğada var mı?
Varsa kaç tane Higgs parçacığı
var?
Elektrozayıf ve güçlü çekirdek
kuvvetleri
Büyük
Birleşik
Teorilerde öngörüldüğü gibi tek
bir birleşik kuvvetin farklı
biçimleri mi?
Süpersimetri doğada gerçekten
var mı?
Madde
ile
karşı-madde
arasındaki simetri bozulmasının
sebepleri nelerdir?
Gözlemlediğimiz
3
uzay
boyutunun
dışında
başka
boyutlar var mı?
Karanlık Maddenin çeşitli
etkileri LHC'de gözlenebilir mi?
Kompozit parçacıklar, parçacıkolmayanlar, vs. başka yeni
parçacıklar var mı? Varsa
bunların
etkileri
TeV
mertebesindeki etkileşmelerde
gözlenebilir mi?
4. Büyük Ölçek: Kütle çekimi ve
Kozmoloji
Dört temel etkileşmenin içerisinde, kütle
çekimsel etkileşmeler, temel parçacıklar
ölçeğinde en düşük tesirli etkileşme
olmasına karşın büyük ölçekte evrenin
işleyişinde baskın rol oynamaktadır.
Newton' un hareket teorisi çerçevesinde,
Kepler yasalarına göre Güneş sistemindeki
gezegenlerin hareketlerinin matematiksel
olarak formülasyonunu sağlayan Newton'
un evrensel kütle çekim kuramı, aynı
zamanda Dünya üzerindeki yerçekiminin de
açıklanmasını sağladığından bir anlamda
göksel
olaylarla
yer
olaylarının
incelenmesini birleştirmektedir. Evrensel
kütle çekim teorisine göre, aralarında r
kadar uzaklık bulunan, kütleli iki cisim
arasındaki kütle çekim kuvveti şöyle ifade
edilir: F = −GmM/r2. Burada, Newton' un
evrensel çekim sabiti G = 6,67 × 10−11
Nm2/kg2 şeklindedir. Bu çekim kuvveti,
m d2r(t)/dt2 = F hareket denkleminde yerine
koyularak denklem çözülürse, m kütleli
cismin herhangi bir andaki konumunu ifade
eden yörüngesi belirlenebilir. Algılarımızla
gözlemleyebildiğimiz tüm mesafeler için
Newton' un evrensel çekim yasası büyük bir
başarı ile sonuç vermektedir. Merkür
gezegeninin Güneşe en yakın olduğu enberi
(perihelyon) konumunda iken yüzyılda 43
arcs yalpalama (presesyon) hareketinin
Newton' un kütle çekim teorisine göre
açıklanamayışı ondokuzuncu yüzyılda
önemli bir sorun olarak ortada durmaktaydı.
Bunun yanı sıra, Einstein' ın özel görelilik
teorisinden
sonra
kütle
çekimsel
etkileşmelerin de görelilik teorisi ile
uyumlu
olarak
ifade
edilmesi
beklenmekteydi. 1915 yılında Einstein' ın
formüle ettiği genel görelilik teorisi ile kütle
çekimsel etkileşmeler, uzay-zamanda
bulunan bir kütle-enerji kaynağının uzay-
2
Bu yazının ilk yazıldığı tarih olan Şubat 2012’de, LHC
tarafından Higgs parçacığı henüz gözlenmemişti.
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
C1.S1.M0. 9
Fizik Dünyası, 2012
zamanın geometrisinin değişikliğine yol
açacağını ifade ederek görelilik teorisi ile
uyumlu bir biçimde ifade edilmektedir.
Bununla birlikte Genel görelilik teorisinin
ilk başarısı, Merkür' ün perihelyon
presesyonunun bu teori çerçevesinde
açıklanabilmesidir. Bunun yanı sıra, ışık
ışınlarının bir yıldız (Güneş) etrafından
geçerken yörüngesindeki sapma miktarının
hesaplanması, elektromanyetik ışınımın
kütle çekim sebebi ile kırmızıya kayması
gibi kuramsal öngörüleri daha sonraları
deneysel gözlemlerle doğrulanmış ve
kuram yirminci yüzyılda kuantum mekaniği
ile birlikte yeni fiziğin bir paradigması
halini almıştır. Bu alanda evrenin
oluşumuna ilişkin teorilerin gelişimine,
öncülük eden en önemli aşama, Edwin
Hubble tarafından 1929'da galaksilerin
birbirinden uzaklaştıklarını gözlemlediği
keşif ile başlamıştır. Bu tarihten önce,
Einstein' ın da benimsediği, evrenin sabit ve
durağan olduğu şeklindeki kanı hâkim idi.
Bu keşifle birlikte Einstein' ın alan
denklemleri dikkate alınarak galaksilerin
uzaklaşma hızlarının artışları ters yönde
dikkate alınarak evrenin başlangıcına ilişkin
"Büyük Patlama Kuramı" oluşturulmuştur.
Bu kuramın en önemli deneysel
dayanakları, büyük ölçekte gözlenen
galaksilerin
birbirinden
uzaklaştığı
gözlemi, 1965'te keşfedilen Kozmik
Mikrodalga Arkaplan Işınımı ve COBE
(Cosmic Background Explorer) ve WMAP
(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)
deneyleri ile elde edilen evrenin
haritalarıdır. Galaksilerin ve yıldızların
oluşumuna ilişkin genel görelilik teorisi ve
kozmoloji çerçevesindeki çalışmalarla
birlikte parçacık fiziği çalışmaları arasında
bir ara yüz oluşturulmuştur. Buna göre,
evrenin büyük ölçekte anlaşılması için kütle
çekimi etkileşmelerinin yanı sıra diğer üç
temel etkileşmenin de dikkate alınması
zorunlu hale gelmiştir. Yirminci yüzyılın ilk
yarısından
itibaren
gelişen
yeni
astronomide,
karadelik
araştırmaları,
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
karadeliklere kütle akışı sırasında yayılan
X-ışınlarının incelenmesi, Süper Nova (SN)
patlamalarının incelenmesi ve SN' lerden
yayılan nötrinolar üzerine çalışmalar,
yıldızlardaki elektromanyetik spektrum
incelemeleri ve çekirdek tepkimeleri,
nötron
yıldızlarının
yakınlarındaki
manyetik etkiler, kuasarlar vb. cisimlerin
yakınındaki elektromanyetik ve kütle
çekimsel etkilerin incelenmesi, kütle
çekimsel dalgaların etkileri önemli
araştırma konuları halini almıştır.
5. Çeşitli Yeni Fizik Arayışları
Küçük ölçekte ve büyük ölçekte başta
olmak üzere gözlenen çeşitli olguların
açıklanmasında yetersiz kalan teoriler
yerine veya daha ileri seviyede öngörülerde
bulunarak evrenin işleyişi hakkında daha
derin ve tatmin edici açıklamalar
getirebilmek amacı ile yeni fizik arayışları
sürdürülmektedir. Büyük ölçekte evrenin
yapısına ve oluşumuna dair özellikle 2011
Nobel Fizik ödülüne layık görülen çalışma
ışığında evrenin genişleme hızının artmakta
oluşunu açıklayabilecek mevcut kozmoloji
modellerinin dışında yeni evren modelleri
araştırılmaktadır. Bu bağlamda, evrenin
yapısının ∼ %96'nı oluşturduğu varsayılan
karanlık enerji ve karanlık maddeye dair
ipuçları yakalamak için kuramsal ve
deneysel araştırmalar son yıllarda büyük
rağbet görmektedir. Astrofizik gözlemleri
için hem dünya üzerindeki gözlemevlerinin
hem de uzay teleskoplarının gözlem güçleri
hızla artırılarak evrenin yapısı hakkında
daha
detaylı
bilgilere
ulaşılmak
istenmektedir. Bunun yanı sıra, Einstein' ın
genel görelilik teorisinin en önemli
öngörülerinden biri olan kütle çekim
dalgalarının doğrudan gözlenebilmesi için
Dünya üzerinde ve uydu teleskopları ile
yapılan büyük bütçeli deneyler diğer bir ilgi
odağını oluşturmaktadır. Orta ölçekte daha
C1.S1.M0. 10
Fizik Dünyası, 2012
çok teknolojik uygulamalar çerçevesinde
rağbet gören yeni fizik araştırmaları
nanoteknoloji, süperiletkenlik çalışmaları
ve kuantum bilişim teorisi uygulamaları
öncülüğünde sürdürülmektedir.
5.1 Bazı SM Ötesi Teoriler
SM ötesi yeni teoriler, hem SM' de cevap
bulunamayan problemlerin cevaplanması
için hem de TeV mertebesinden yüksek
enerjilerdeki deneylerle açığa çıkabilecek
olası yeni fizik etkilerine ışık tutabilmesi
için
geliştirilmektedir.
Bu
amaçla
geliştirilen çeşitli SM ötesi teorilerde, SM'
de içerilmeyen süpersimetrik parçacıklar,
leptokuarklar, dikuarklar, bileptonlar,
egzotik Higgs bozonları, uyarılmış
parçacıklar, preonik parçacıklar ve benzeri
yeni parçacıklar ve yeni etkileşme türleri
öngörülmektedir.
SM' nin güncel çarpıştırıcı enerjilerindeki
deney sonuçlarıyla büyük ölçüde tutarlı
öngörülere sahip olmasının yanı sıra bazı
problemlerin cevaplanmasında yetersiz
kaldığı bilinmektedir. Standart Modelin
temel parçacık fiziğinin nihai bir kuramı
olmadığına ilişkin çeşitli gözlemsel
sonuçlar ve kuramsal tartışmalar yoğun bir
biçimde ortaya konmaktadır. SM' nin
ötesinde bir kuramın var olması gerektiğine
dair gözlemsel sonuçlardan bazıları şu
şekilde özetlenebilir: SM' de temel
parçacıkların kütle kazanmalarını sağlayan
Higgs parçacığı deneysel olarak henüz
gözlenmemiştir
(bknz.
Dipnot
2).
Nötrinolar, SM' de kütlesiz olarak kabul
edilmektedir ve nötrinoların birbirlerine
dönüşmeleri öngörülmemektedir. Hâlbuki
deneysel
verilere
göre
nötrinolar
birbirlerine dönüşmektedirler ve çok küçük
de olsa kütleye sahip olmalıdırlar. SM' nin
cevaplayamadığı
çeşitli
problemlerin
varlığının gelecekte kurulacak TeV enerji
seviyesinin ötesindeki enerjilere sahip
hızlandırıcılarda
gözlenebilecek
yeni
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
fiziğin
varlığına
işaret
ettiğine
inanılmaktadır. SM ötesi teoriler arasında
en fazla çalışılanlar şöyledir: Güçlü ve
elektrozayıf kuvvetle birlikte kütle çekim
kuvvetini de içinde barındıran, (süper)sicim
teorisi, büyük birleştirme teorileri,
süpersimetri teorileri, SM parçacıklarının
sol-el ve sağ-el simetrisini kabul eden solsağ simetrik modeller, SM' deki Higgs
sektörünü genişleten modeller vd. [bkz.
[11], Böl. 5, 6, 7, 8)]. SM ötesi teorilerin
çoğu SM de içerilmeyen parçacıkların ve
etkileşme
köşelerinin
varlığını
öngörmektedir.
Burada özellikle parçacık fiziğinde dört
kuvvetin bir arada incelenmesi için en önde
gelen yeni fizik arayışı kurgularından olan
ekstra boyutlu kuramlar ve süpersimetrik
teoriler hakkında kısa bir bilgi verebiliriz.
5.1.1
Süpersimetri
Güncel olarak, çalışılan SM ötesi teorilerin
başında süpersimetrik teoriler gelmektedir.
Bu teorilere göre her bir fermiyon için bir
süper eş bozon ve her bir bozon için bir
süper eş fermiyon parçacığı vardır. Bu
parçacıkların birbirinden tek farkı 1/2spindir. Doğada birbirinin süper eşi olan
eşit kütleli parçacıklar gözlenmediğinden
süpersimetrinin belirli bir enerjinin altında
kırıldığı varsayılmaktadır. Süpersimetrinin
çeşitli kırılma mekanizmaları geliştirilerek
deneysel olarak gözlenebilir süpersimetri
etkilerinin hesaplanabilmesi için çalışmalar
yapılmaktadır.
Süpersimetri
teorilerinde
her
bir
fermiyonun süper eşi olan bir bozon
bulunduğundan SM' den farklı olarak
bozonlar, lepton sayısı ve baryon sayısı gibi
kuantum sayıları taşıyabilmektedirler.
C1.S1.M0. 11
Fizik Dünyası, 2012
5.1.2
Ekstra Boyutlu Modeller
Bilinen temel etkileşmelerden dördüncüsü
olan kütle çekimi, parçacık fiziğinin
Standart Modelinin dışındaki en başarılı
bilimsel kuram olan Einstein' ın Genel
Görelilik kuramı çerçevesinde ifade
edilebilmektedir. Bu kuram, Güneş sistemi
gibi büyük ölçekli mesafeleri içine alan
gözlemlerle son derece başarılı bir biçimde
uyuşan sonuçlar vermektedir. Diğer
taraftan,
gravitasyonun
milimetre
ölçeğinden küçük uzunluklardaki davranışı,
bu ölçekte gravitasyonu diğer etkilerden
ayırarak test edebilecek yeterince hassas
deneyler henüz yapılamadığından iyi
bilinmemektedir.
Kuramsal
olarak,
gravitasyonun diğer etkileşmelerle bir arada
incelenmesi açısından en önemli zorluk ise
gravitasyonun henüz atomik ölçeklerde,
sonlu öngörülerde bulunan kuantumlu bir
kuramının geliştirilemeyişidir.
Gravitasyonun kuantumlu etkilerinin diğer
etkileşmelerle kıyaslanabilir olduğu enerji
ölçeği (Planck enerji ölçeği olarak
adlandırılır)
yaklaşık
1019
GeV
mertebesindedir; buna karşın, Standart
Modelin temel enerji ölçeği olan
elektromanyetik ve zayıf etkileşmelerin bir
arada ele alındığı elektrozayıf enerji ölçeği
102 GeV mertebesindedir. Teknik bir
ifadeyle, enerji ölçekleri arasındaki bu
büyük fark, hiyerarşi problemi olarak
adlandırılmaktadır.
Doğada,
temel
etkileşmelerin etkileri açısından böyle
birbirinden çok farklı iki enerji ölçeği var
ise o zaman SM çerçevesinde sonlu
öngörülerde
bulunmak
mümkün
görünmemektedir (teknik bir ifadeyle,
parçacıklara kütle kazandıran Higgs
bozonunun kütlesine gelecek yüksek
enerjili
öz-enerji
katkıları
ıraksak
olmaktadır). Doğa yasalarına ilişkin
Standart Modelin öngörmediği olası yeni
fizik etkilerinin araştırılabilmesi için
Standart Model ötesinde çeşitli kuramlar
üretilmektedir. Bunlardan en yaygın olarak
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
incelenenler şu şekildedir: Standart
Modelin simetri grubunun genişletildiği
büyük birleştirme teorileri, süpersimetrik
teoriler, sicim teorileri, ekstra boyutlu
modeller, parçacık-olmayanların fiziği,
teknikrenk teorileri, vs.
Kütle
çekim
ve
elektromanyetik
etkileşmeleri 4-boyutlu uzay-zamanın
dışında ekstra boyutların varlığını önererek
bir arada ele alan teoriler 1920lerde
geliştirilen Kaluza-Klein teorileri[12]
olarak adlandırılmaktadır. Ekstra boyutlar
varsayımı
daha
sonraları
özellikle
1970lerden sonra sicim teorilerinin en temel
kabulleri arasında kurgulanmıştır. Sicim
teorilerinin öngörüleri, Planck enerji
ölçeğindeki
enerjilerde
deneyler
yapılmasını gerektirdiğinden bu tür
kuramlar teorik fizik olarak birçok soruya
cevap verebilmesine karşın deneysel olarak
test edilememektedir.
1998'de, Arkani-Hamed, Dimoupulos ve
Dvali (ADD)' den oluşan bir grup ile
Randall ve Sundrum (RS)' dan oluşan başka
bir grup matematiksel kurguları ve fizik
ilkeleri birbirinden farklı kuramlar
geliştirerek ekstra boyutların varlığını
öngören, Planck enerji ölçeğinin güncel
parçacık hızlandırıcılarında ulaşılabilecek
enerji ölçekleri mertebesine indirgendiğini
kabul eden, dolayısıyla parçacık fiziğindeki
hiyerarşi problemine çözüm öneren ekstra
uzay boyutlu modellerin parçacık fiziğinde
yoğun bir ilgi odağı olmasına yol açmıştır
[13]. Son onbeş yılda, ekstra boyutların
kuramsal ve fenomenolojik öngörüleri
üzerine binlerce çalışma yapılmıştır. Ekstra
boyutlu modellerin öngörülerinin deneysel
olarak sınanabilir olması, Standart Model
ötesi sicim kuramları gibi deneysel olarak
test edilebilir olmayan kuramlara nazaran
bu modellerin en önemli avantajlarındandır.
Özellikle, 2009 yılında faaliyete geçen
CERN' deki LHC (Büyük Hadron
Çarpıştırıcısı)' de iki protonun yaklaşık
14000 GeV kütle merkezi enerjisine kadar
C1.S1.M0. 12
Fizik Dünyası, 2012
çıkması öngörülen çarpışma deneylerinde
ve gelecekte kurulması kararlaştırılan ILC
(Uluslararası Doğrusal Çarpıştırıcı)' de
Standart Modelin en önemli yapı taşı olan
Higgs
bozonunun
varlığının
araştırılmasının yanı sıra, süpersimetri
teorilerinin, ekstra boyutlu modellerin, tıpkı
diğer Standart Model ötesi teoriler gibi
öngörülerinin de test edilebilmesi mümkün
olacaktır.
5.2 Parçacık Fiziğinde
Araştırmaları
Yeni
Fizik
Parçacık fiziğinin tarihsel gelişimine
bakarak, yeni fizik araştırmalarının nasıl
yapıldığına ilişkin bir fikir sahibi olmak için
zayıf etkileşmelerin keşfi ele alınabilir.
1895'te
radoaktivitenin
Becquerel
tarafından keşfi fiilen zayıf etkileşmelerin
keşfi olarak kabul edilmektedir. 1930'ların
başında parçacık fiziğindeki önemli
problemlerden bir tanesi çekirdeğin
radyoaktif beta bozunumunda açığa çıkan
elektronun enerjisinin sürekli değerler
almasının,
bilinen
elektromanyetik
etkileşmelere göre kuantum mekaniği
çerçevesinde açıklanamayışı idi. Bu deneye
dayanan durumun açıklanması için çeşitli
teoriler ortaya atılmıştır. Burada, nötronun
durgun
çerçevesinde
bozunumun
gerçekleştiği kabul edilirse çıkan protonun
kütle enerjisi belli olduğundan açığa çıkan
elektronun ancak belirli bir enerji değerinde
bulunması beklenirken, sürekli değerler
almasını açıklamak için zamanın meşhur
fizikçilerinden Bohr' un bu türden
süreçlerde enerji korunumunun ihlal
edilebileceğini bile önerebilmesi dikkat
çekicidir. Bu problemin çözümüne yol açan
fikir Pauli tarafından ileri sürülmüştür;
bozunumda, kütlesiz kabul edilebilecek,
enerji taşıyan, deneyde algılanamayacak
kadar "zayıf" etkileşen yüksüz bir parçacık
açığa çıkmaktadır. Bugün bu parçacığa
nötrino adı verilmektedir. Daha sonra,
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
Fermi yüklü zayıf etkileşmeler için "akımakım türü", "nokta(kontak) etkileşme"
teorisini ortaya koymuş, sonradan bu
etkileşmelerin kütleli bir aracı parçacık olan
W bozonları ile gerçekleştiğini ifade eden
yüklü-zayıf akım teorisi geliştirilmiştir.
Zayıf
etkileşmelerle
elektromanyetik
etkileşmelerin bir ayar simetrisi ile
birleştirilmesi çabası sonucu daha önce
hiçbir
deneysel
veri
ile
varlığı
öngörülmeyen
yüksüz-zayıf
akım
etkileşmelerin
tamamen
kuramsal
öngörülere dayanarak varlığı SM' de
öngörülmüş ve 1973'te yüksüz zayıf
akımların varlığı keşfedilmiştir. 1983'te ise
hem yüklü hem de yüksüz zayıf akım
etkileşmelerinin aracı bozonları olan W±, Z0
aracı bozonları CERN' de keşfedilmiştir.
Zayıf etkileşmelerin keşfine dair yukarıda
verilen çok kısa özette yeni fiziğin
gelişimine dair şu ara süreçler hemen
sıralanabilir: bilinen teori ile açıklanamayan
bir deneysel (gözlemsel) verinin bulunması,
bu deneysel sonucun açıklanmasına ilişkin
doğru ve yanlış çeşitli varsayımların "klasik
teori" veya "yeni bir teori" çerçevesinde
kurulması, yeni teori çerçevesinde klasik
teoride olmayan
öngörülerin
(yeni
etkileşmeler, yeni parçacıklar) belirlenmesi,
yeni teorinin öngörülerinin sınanması için
uygun deneylerin yapılması.
Güncel parçacık fiziği araştırmalarında
deneysel yöntemlerin ve veri analizinin
önemi tartışılmaz hale gelmiştir. Çeşitli
yüksek enerji fiziği deneyleri şöyle
sıralanabilir: Cosmotron (1953, BNL): ilk
modern hızlandırıcı 3,5 GeV enerjili
protonları hızlandırıyordu (kararsz V
parçacıkları gözlendi); Bevatron (1954): ilk
defa
karşı-protonlar
(1955,
Segre,
Chamberlain) gözlendi; Fermilab Tevatron:
1,8 TeV kütle merkezi enerjisinde proton
karşı-proton çarpıştırıcısı, LHC'den önce en
yüksek enerjili hadron çarpıştırıcısı idi, üst
kuark burada keşfedildi(1995); CERN SPS:
Z ve W bozonları keşfedildi (Rubbia, van
C1.S1.M0. 13
Fizik Dünyası, 2012
der Meer); CERN LEP: 2002'ye kadar 200
GeV kütle merkezi enerjili elektronpozitron çarpıştırıcısı olarak kullanıldı;
CERN LHC: 2008'de faaliyete geçti, 14
TeV kütle merkezi enerjili protonların
çarpıştırılması hedeflenmektedir.
SM ötesi fizik senaryolarındaki belirsizliğin
aşılmasındaki başlıca itici güç daha yüksek
enerjili parçacık hızlandırıcılarının inşaa
edilmesi ve veri analizi tekniklerinin
geliştirilmesidir.
Daha
güçlü
çarpıştırıcıların faaliyete geçirilmesi büyük
maliyetler gerektirdiğinden öncü deneysel
çalışmalar
için
uluslararası
büyük
işbirlikleri zaruridir. Bu türden işbirliğinin
en önde gelen örneği İsviçre' deki CERN,
Avrupa Nükleer Araştırma Merkezindeki,
LHC (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı)' dir.
LHC ile ilgili kısa bilgiler Ekler kısmında
sunulmuştur.
Parçacık fiziğinde, güncel yeni fizik
araştırmalarına ilişkin deneysel çalışmalarla
tamamlayıcı olan kuramsal fenomenolojik
çalışmalarda izlenilen yöntem şöyle
özetlenebilir: Önce herhangi bir etkileşme
sürecine ilişkin SM çerçevesindeki
öngörüler belirlenir. Daha sonra seçilen
etkileşme için deneysel veriler belirlenir ve
bu veriler ile SM' nin teorik öngörüleri ile
kıyaslanır. Kıyaslama sonucundaki fark
seçilen SM ötesi yeni fizik kuramının
öngörülerindeki etkilerden kaynaklanıyor
varsayılarak yeni fizik parametreleri (yeni
parçacıkların kütleleri, bağlaşım sabitleri,
vs.) üzerine sınırlar koyulur. Bulunan bu
sınırlar yeni fizik etkilerinin görülebileceği
başka etkileşmelerde dikkate alınarak diğer
deneysel bulgulara göre yeni fizik
senaryosunun işlevsel olup olmadığı SM'
ye göre kıyaslanır.
6. Yeni Fizik Beklentileri
Birçok fizikçi, LHC' de daha önce hiç
düşünülmemiş yeni fizik etkilerinin de
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
gözlenebileceğine inanmaktadır. Yeni fizik
kuramları geliştirebilmek için LHC' den
elde edilecek sonuçlar çok önemli rol
oynayacaktır.
EKLER:
A. Hareket ve Etkileşme Teorilerine
İlişkin Kısa Bilgiler
A.1 Klasik Mekanik
Newton Hareket Teorisi
m kütleli bir cismin herhangi bir andaki hız
ve konumu biliniyorsa ve üzerine etki eden
⃗ kuvvetinin ifadesi açıkça biliniyorsa
hareketlinin başka herhangi bir anda nerede
olacağı, hızının ve ivmesinin ne olacağı
aşağıdaki Newton hareket denklemi ile
kesin olarak belirlenir.
⃗=
⃗
=
⃗( )
⃗( )
=
(7)
Newton hareket teorisinin en önemli ilk
başarısı Newton' un evrensel çekim kuramı
dikkate alınarak Kepler yasalarının
açıklanışı ve böylece Güneş sistemindeki
gezegenlerin hareketlerinin açıklanışıdır.
Lagrange Mekaniği
Bir sistemi Lagrange mekaniğine göre
incelemek için aşağıdaki eylem niceliği
dikkate alınır.
=
( , ̇, )
;
=
− ,
(8)
Burada L fonksiyonuna sistemin Lagrange
fonksiyonu denir; zamanın, sistemdeki
hareketlilerin konumlarının ve hızlarının bir
fonksiyonudur ve korunumlu sistemler için
sistemin kinetik enerjisi ile potansiyel
C1.S1.M0. 14
Fizik Dünyası, 2012
enerjisi arasındaki farka eşittir. Lagrange
mekaniğine göre, sistemin yörüngesi, en
küçük eylem ilkesine göre, eylem
niceliğinin bir ekstremumu ile belirlenir:
=0⇒
̇
−
=0
(9)
Lagrange fonksiyonunun türevleri ile ifade
edilen yukardaki denklemlere EulerLagrange denklemleri adı verilir.
enerji işlemcileri konum ve zamana göre
türev işlemlerine karşılık gelecek biçimde
aşağıdaki gibi ifade edilirler:
⃗ → − ℏ∇⃗,
→ ℏ
(13)
Böylece Schrödinger denklemi aşağıdaki
gibi bir dalga denklemi olarak yazılabilir:
−
ℏ
∇ + ( )
2
( , )= ℏ
( , )
(14)
Hamilton Mekaniği
A.3 Elektromanyetik Etkileşmeler
Hamilton mekaniğine göre sistemin
hareketi genelleştirilmiş koordinatlara ve
momentumlara bağlı olan ve kinetik enerji
ile potansiyel enerjinin toplamı biçiminde
tanımlanan Hamilton fonksiyonu H(x, p) ile
karakterize edilir. Hamilton fonksiyonu,
Lagrange
fonksiyonundan
aşağıdaki
Legendre dönüşümü ile tanımlanır.
ρ yük yoğunluğuna ve ⃗ akım yoğunluğuna
sahip bir sistem için boş uzayda elektrik
alan ve manyetik alanlar aşağıdaki Maxwell
denklemleri ile ifade edilirler:
̇
,
=
+
(10)
Buna göre, sistemin hareketi aşağıdaki
Hamilton hareket denklemleri ile belirlenir.
̇=
,
̇=−
Kuantum mekaniksel bir sistemin hareketi
aşağıdaki Schrödinger denklemi ile
incelenir:
,
⃗
∇⃗ × ⃗ =
(16)
=0
⃗+
∇⃗ ∙ ⃗ = 0
⃗
(17)
(18)
(11)
A.2 Kuantum Mekaniği
( , )=
(15)
∇⃗ × ⃗ +
( , ) = ∑ ̇ − ( , ̇ );
≡
∇⃗ ∙ ⃗ =
=
⃗
+ ( )
2
(12)
Burada
, , ⃗,
sırasıyla Hamilton,
enerji,
momentum
ve
potansiyel
işlemcilerini, ψ(x, t) ise sistemin bir t anında
x konumunda bulunma olasılığı genliğini
göstermektedir. Buradaki momentum ve
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
Bu denklemlere karşılık gelen yasalar, sırası
ile; Gauss Yasası, Faraday Yasası, AmpereMaxwell Yasası ve manyetik yüklerin
bulunmayışı yasası olarak ifade edilirler.
q yüklü bir parçacığı ⃗ , ⃗ ile ifade edilen
bir alandaki hareketini belirlemek için
aşağıdaki Lorentz kuvveti dikkate alınarak
klasik elektrodinamik için gerekli tüm
eşitlikler verilmiş olur:
⃗=
⃗+ ⃗× ⃗
(19)
Burada ⃗ parçacığın anlık hız vektörünü
ifade etmektedir.
C1.S1.M0. 15
Fizik Dünyası, 2012
kütle
,
A.4 Kütle çekimi
A.4.1 Newton' un evrensel çekim yasası
Aralarında r kadar uzaklık bulunan m1 ve m2
kütleli iki cisim arasındaki kütle çekim
kuvveti aşağıdaki biçimdedir:
⃗ =−
̂
(20)
burada GN evrensel kütle çekim sabitini, ̂
birinci parçacıktan ikinci parçacığın
bulunduğu yere çizilen doğru yönündeki
birim vektörü göstermektedir.
terimlerini
ifade
etmektedir;
ve
aşağıdaki gibi ifade edilir:
=
−
=
−
(23)
−
=
+
(24)
⃗ ∙ ⃗+
2
(25)
’ler SU(2) alanlarını,
’ler
U(1) alanlarını, ⃗ SU(2)’nin üreticilerini,
cebrin yapı sabitlerini,
ve
bağlaşım sabitlerini,
kovaryant türevi ve
hiper yükü göstermektedir.
Burada,
A.4.2 Einstein Alan Denklemleri
−
1
2
+Λ
=
=
A.6 LHC ile ilgili bazı bilgiler
,
• Dünyadaki en büyük makinedir..!
8
(21)
Burada
, ,
sırası
ile
Ricci
tensörünü, Ricci skalerini ve metriği,
Lambda (Λ) kozmolojik sabiti ve
enerjimomentum tensörünü göstermektedir. Bu
ifadeye göre, eşitliğin sol tarafı uzayzamanın geometrisini ifade ederken sağ
tarafı bu geometriye yol açan kütle-enerji
yapısını ifade etmektedir.
• ATLAS, CMS, ALICE, LHCb isimli
detektörlerle
dört
büyük
deney
yapılmaktadır.
• Çevresi 26659 m’ dir ve toplam 9300
mıknatıs vardır.
• Bir demetteki protonların sayısı 2808 x
1,15 x 1011 tanedir.
• Protonların çembersel yörüngede hareket
etmesini sağlayan akım 0,584 A’dir.
• Depolanan Enerji/Demet 362 MJ dür.
A.5 SM için teknik bilgiler
Bir sol-elli ψ fermiyon alanının elektrozayıf
etkileşmeleri aşağıdaki SM lagranjyeni ile
incelenir:
ℒ
=−
1
4
−
1
4
• Dış uzaydan bile soğuk olmasına karşın
galaksideki en sıcak bölgeler LHC' deki
çarpışma bölgeleridir.
+
+
+ | |
−
| |
(22)
Burada ilk terim SU(2)L ayar alanları için
kinetik terimi, ikinci terim U(1) ayar alanı
için kinetik terimi, üçüncü terim fermiyon
alanı için etkileşme terimini ve sonraki
terimler de Higgs alanı için etkileşme ve
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
• Mıknatıslar -193,2 ◦C (80 K) sıcaklığa
kadar soğutulurlar (en büyük buzdolabı).
10080 ton sıvı azot ve 60 ton sıvı helyum ile
bu sıcaklık -271,3 ◦ C (1,9 K) 'ye düşürülür.
• Protonların çarpışması sonucu Güneş' in
merkezinden 100000 kat fazla sıcaklık çok
küçük bir bölgede elde edilir.
• Trilyonlarca proton LHC' nin çevresini
saniyede 11245 kere dolaşırlar ve ışık
hızının %99,99’ una ulaşırlar.
C1.S1.M0. 16
Fizik Dünyası, 2012
• En yüksek proton demeti enerjisi 7 TeV
(tera-elektronvolt) olacaktır; bu 14 TeV
kütle merkezi enerjisine karşılık gelir.
• Her saniyede yaklaşık 600 milyon
çarpışma gerçekleşir.
•
LHC Güneş sistemindeki en boş yerdir.
• LHC'nin iç basıncı 10-13 atm, civarındadır,
bu değer Ay’daki basıncın onda biri
kadardır!
• Şimdiye kadar kurulan en hassas ve üst
seviyeli detektörlere sahiptir.
• Dünyadaki en güçlü süper bilgisayara
sahiptir..!
• LHC verileri yılda yaklaşık 100000 çift
katmanlı DVD dolduracaktır. Dünyanın her
yerinden onbinlerce bilgisayarda bu veriler,
GRID sistemi ile analiz edilecektir.
aynı olduğundan parçacıkların kütleleri
parçacıkların durgun enerjileri olarak ifade
edilir. Örneğin protonun kütlesi doğal birim
sisteminde mp= 0,938 GeV ’ dir.
B.3 Planck Ölçeği
MS Planck kütlesi, Schwarzchild yarıçapı
Compton dalga boyuna eşit olan bir cismin
(karadeliğin) π' ye oranı olarak tanımlanır.
Bu kütlenin mertebesini bulmak için önce rS
Schwarzchild yarıçapını ve λC Compton
dalga boyunu tanımlayalım. M kütleli bir
cismin Scwardzchild yarıçapı, cismin kütle
çekim alanından kaçış hızının ışık hızına
eşit olması için gereken yarıçap olarak
tanımlanır:
=
=
B. Birimler
B.1 Enerji birimi
Yüksek enerji fiziğinde yaygın olarak
kullanılan enerji birimi eV dir. 1 eV, 1 V
potansiyel farkı altında hızlandırılan bir
elektronun enerjisi olarak tanımlanır ve
Joule cinsinden değeri 1 eV ≈ 1,6 × 10−19 J
şeklindedir. Yine yüksek enerji fiziğinde sık
kullanılan GeV ve TeV sırası ile 109 eV ve
1012 eV değerlerine karşılık gelmektedir.
⇒
=
2
(26)
Diğer taraftan yarıçapı rS Schwarzchild
yarıçapına eşit olan bir cismin kütlesine ise
Schwarzchild kütlesi denir ve MS ile
gösterilir.
m kütleli bir cismin Compton dalgaboyu
şöyle tanımlanır: λC =
, burada ℎ, Planck
sabitidir.
Böylece Planck kütlesi şöyle bulunur:
=
ℏ
(27)
B.2 Durgun enerjiler
m kütleli bir parçacığın, durgun
çerçevesindeki enerjisi özel görelilik
teorisine göre mc2 biçiminde ifade edilir.
Örneğin elektronun durgun enerjisi mec2=
9,1×10 −31 kg (9 × 1016 m2 / s2) = 8,2 ×10 −14
J = 5,1×105 eV = 0,51 MeV değerindedir.
Diğer taraftan, parçacık fiziğinde sık sık ışık
hızının c=1 birim olduğu "doğal birim
sistemi" kullanılarak hesaplar yapılır. Bu
birim sisteminde enerji ve kütlenin boyutu
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
burada ℏ = ℎ⁄2
indirgenmiş Planck
sabitidir. Planck kütlesi c2 ile çarpılarak
Planck enerjisi bulunur.
Kütlesi Planck kütlesine eşit olan bir
karadeliğin yarıçapına Planck uzunluğu
denir ve ℓ
10
ile gösterilir: ℓ =
ℏ
≈
' dir.
C1.S1.M0. 17
Fizik Dünyası, 2012
C. Bazı Önemli Tarihler
• 1686- Newton' un hareket teorisi
• 1866- Maxwell' in elektromanyetizma
teorisi
• 1897- J. J. Thomson' un elektronu keşfi
• 1900- Planck' ın elektromanyetik ışıma
yasası
• 1905- Einstein' ın özel görelilik teorisi
• 1905- Einstein' ın foton kuramı
• 1911- Rutherford' un çekirdeği keşfi
• 1915- Einstein' ın genel görelilik teorisi
• 1918- Noether' in simetriler ve korunum
yasaları teoremi
• 1919- Rutherford' un protonu keşfi
• 1923- de Broglie hipotezi
• 1923- Compton Saçılması
• 1925- Schrödinger, Heisenberg, Born' un
kuantum mekaniği kuramı
• 1928- Dirac' ın relativistik kuantum
mekaniği kuramı
• 1931- Chadwick' in nötronu keşfi
• 1932- Anderson' un pozitronu keşfi
• 1933- Fermi' nin beta bozunumu teorisi;
"zayıf etkileşmeler" ,
→
+
+ ̅ .
• 1935- Yukawa' nın mezon hipotezi, kütleli
parçacıkların değiş tokuşuna sebep olan
çekirdek kuvveti, "kuvvetli çekirdek
etkileşmeleri"
• 1947- Yüklü pi mezonunun ve muonun
keşfi
• 1947- K mezonunun (kaonun) keşfi
• 1950- Yüksüz pionun keşfi
• 1950- R. Feynman, J. Schwingwer, S-I.
Tomanaga, kuantum elektrodinamiğinin
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
formülasyonu, "yüklü parçacıkların foton
değiş-tokuşuyla etkileşme teorisi"
•
1953İlk
modern
hızlandırıcı
Cosmotron'un faaliyete geçişi
• 1955- Karşı-protonun keşfi (Segre,
Chamberlain)
• 1957- Zayıf etkileşmelerde
korunumunun ihlalinin gözlenmesi
parite
• 1957- Cowan ve Reines, nötrinonun
gözlenmesi
• 1958- Feynman ve Gell-Mann' ın zayıf
etkilşşmeler için V-A teorisi
• 1960- lara kadar yüksüz pion ve kaonlar,
lambda, ksi parçacıkları, elektron nötrinosu,
deneysel olarak keşfedilen diğer temel
parçacıklardı
• 1960- lardan sonra birçok yeni baryon ve
mezon deneysel olarak gözlendi
• 1961- Gell-Mann ve Ne'eman Sekizkatlı
Yol modeline göre o zaman bilinen tüm
baryon ve mezonları sınıflandırdı
• 1964- Gell-Mann ve Zweig, tüm bu yeni
keşfedilen baryon ve mezonları, daha temel
olan u, d, ve s kuarklardan ve bunların karşıkuarklarından oluştuğu kuark modeli ile
açıkladılar.
• 1962- muon nötrinosunun keşfi
•1968SLAC'
ta
elektron-proton
saçılmasında kuarkların keşfi
•1970-ler
de
güçlü
çekirdek
etkileşmelerinin teorisi Kuantum Renk
Dinamiği geliştirildi: "kuarkların gluon
değiş-tokuşu ile etkileştikleri öngörüldü"
• 1974- SLAC ve Brookhaven da
elektronpozitron çarpışmasında c tılsımlı
(charm) kuark keşfedildi
• 1975- tau leptonu keşfedildi
• 1977- Fermilab' ta proton çarpışmalarında
b (alt-bottom) kuark keşfedildi
C1.S1.M0. 18
Fizik Dünyası, 2012
• 1979- DESY' de gluon keşfedildi
• 1983- SPS' te W ve Z parçacıkları
keşfedildi
• 1995- Fermilab' ta proton-antiproton
çarpışmasında t (üst-top) kuark keşfedildi
Kaynaklar
[1] The New Physics, Ed. P. Davies,
Cambridge Press.
[2] Future of Mathematics, A. Wiel, in
Great Currents of Mathematical Thought,
Ed. F. Lelionnais (1971).
[3] The Birth of New Physics, I. B. Cohen
(1961).
[11] Mohapatra, N. R. 2003. Unication and
Supersymmetry, Springer-Verlag, Berlin.
[12] T. Appelquist, A. Chodos, P. G.O.
Freund, Modern Kaluza-Klein Theories
(Frontiers in Physics), Addison Wesley
Publishing Company (1987).
[13] N. Arkani-Hamed, S. Dimoupulos, G.
Dvali Phys Lett. B 429, 263 (1998); N.
ArkaniHamed, S. Dimoupulos, G. Dvali
Phys Rev. D 59 086004 (1999); L. Randall,
R. Sundrum, Phys.Rev.Lett. 83 3370-3373
(1999); L. Randall, R. Sundrum,
Phys.Rev.Lett. 83 4690-4693 (1999); T.
Han, J. D. Lyyken, R. -J. Zhang, Phys. Rev.
D 59 105006 (1999); G. F. Guidice, R.
Rattazi, J. D. Wells, Nucl. Phys. B544, 3
(1999).
[4] The Rise of The New Physics, Abro
(1939).
[5] The Structure of Scientific Revolutions.,
Kuhn, Thomas (1962).
[6] Griffiths, D. 1987. Introduction to
Elementary Particles, John Wiley and Sons,
Inc., New York.
[7] Ho-Kim, Q. and, Pham, X.-Y. 1998.
Elementary Particles and Their Interactions,
SpringerVerlag, Berlin; Huang, K. 1998.
Quantum Field Theory, John Willey and
Sons, Inc., NewYork.
[8] K. Nakamura et al. [Particle Data Group
Collaboration].
[9] Glashow, S.L. 1961. Nucl. Phys. 22
579; Salam, A. 1968. Reprinted in J. L.
Rosner, New Particles. Selected Reprints,
Stony Brook, Am. Ass. of Physics Teachers
(1981) 29; Weinberg, S. 1967. Phys. Rev.
Lett. 19 1264.
[10] Weinberg, S. 1990. The Discovery of
Subatomic Particles (Türkçe Çeviri: Prof
Dr. Z.Aydin, Atomaltı Parçacıklar,
TÜBİTAK, ANKARA).
“Yeni Fizik”, K.O.Ozansoy
C1.S1.M0. 19