Temel Parçacıklar Alanının Tarihsel Gelişimi

•Geometrodynamics: Genel Görelilik Teorisi
•Gravitasyon parçacık fiziğinde önemli bir etki oluşturacak düzeyde değildir. Çok zayıftır.
•Elektrodinamiğin kuantum teorisi Tomonaga, Feynman ve Schwinger tarafında 1940’lı
yıllarda yapılmıştır.
•Zayıf etkileşmenin teorisi çeşni dinamiği (Flavordynamics, Glashow-Weinberg-Salam,
GWS) olarak bilinmektedir.
•GWS modeline göre, zayıf ve elektromagnetik kuvvetlerin tek bir elektro zayıf kuvvetin
farklı iki görünümüdür.
•Güçlü kuvvetler için, Yukawa’nın ilk teorisinden sonra 1970’lerin ortalarında ortaya
çıkan renk dinamiği (chromodynamics) teorisine kadar bir teori yoktu.
OMÜ_FEN
Kuantum Elektrodinamiği (QED)
• QED en eski, en basit, ve en başarılı dinamik teoridir. Diğerleri bundan
esinlenerek modellenmişlerdir.
• Tüm E.M. olaylar aşağıdaki temel sürece indirgenebilinir:
• Burada bir e etkileşime girer, bir foton yayar veya soğurur ve çıkar.
Burada e yerine kuark veya başka herhangi bir lepton da olabilir.
• Daha karmaşık süreçleri göstermek için bu temel şekilden (vertex)
birden fazlası birleştirilir.
OMÜ_FEN
Moller Saçılması (Coulomb Saçılması)
Bhabha Saçılması (Çift yokoluş ve Çift oluşumu
 Bu diyagramlara Feynmann diyagramları denilir. Bu diyagramlar
tamamen semboliktir ve parçacıkların yörüngelerini temsil etmez.
 Bu diyagramlarda düşey eksen zamanı gösterir, yatay eksenin herhangi
bir anlamı olmayıp parçacıklar arası uzaklığı göstermemektedir!
 Diyagramlarda zamanda geriye doğru giden olarak gözüken
parçacıklar, esasen parçacığın anti-parçacığını göstermektedir ve
zamanda geriye gitmemektedirler.
e  e    
OMÜ_FEN
    e  e
e    e  
 Feynmann diyagramlarında ters simetri şeklin döndürülmesine
karşılık gelmektedir.
 Aynı olayı daha çok sayıda temel şekil kullanarak anlatmaya
çalıştığımızda ihtimaller çoğalır. Örneğin dört ilkel ile:
OMÜ_FEN
Herbiri Moller saçılmasını anlatan bu
şekillerde iki elektron gelmekte ve iki
elektron çıkmaktadır.
Diyagramın içinde oluşan ve sonlanan
çizgiler deneyde gözlenemeyen
parçacıkları göstermektedir. Bunlara sanal
(virtual) parçacıklar denilir.
Sadece şekillere giren veya çıkan
parçacıklar gözlenebilirlerdir. Bunlara
gerçek (gözlenebilir) parçacık denilir.
Dış çizgiler meydana gelen fiziksel olayı
belirlerken, iç çizgiler bu olayı oluşturan
fiziksel mekanizmayı belirtir.
 Herbir Feynmann diyagramı belirli bir sayıya karşılık gelir.
 Şekillerdeki herbir ilkelin (vertex) katkısı hesaplanır ve




OMÜ_FEN
daha sonra bunlar Feynmann kuaralları uygulanarak
toplanırlar.
Esasen bir olayı anlatmak için sonsuz sayıda Feynmann
diyagramları oluştura bilirsiniz. Peki aynı olay farklı
sonuçları nasıl verebilir?
Herbir ilkel diyagram ince yapı sabitini içerir: =1/137. bu
sabit çok küçüktür ve ne kadar çok ilkel eklerseniz şekle
bunların katkısı da o kadar az olacaktır.
QED’de dört den daha fazla ilkel şekilli Feynmann
diyagramları çok nadiren vardır.
Feynmann diyagramlarında da enerji ve momentum
korunacaktır.
Kuantum Kromo (Renk) Dinamiği (QCD)
 QCD’de renk bir yük olarak ele alınır.
 Temel süreç: qq+gluon şeklindedir.
 Leptonlar renk yükü taşımadığından güçlü etkileşimlere girmezler.
 İki kuark arasındaki kuvvet gluon’ların değiş tokuşu ile belirlenir.
Temel Diyagram (Vertex)
kuark-kuark etkileşmesi
 QCD ile QED birbirlerine çok benzer, fakat çok önemli bir farklılık
vardır. O da kuarkların 3 farklı renk yüküne (kırmızı, yeşil ve mavi)
sahip olmasıdır!
 qq+g sürecinde kuarkın rengi değişebilir (çeşnisi değil!).
OMÜ_FEN
 Örneğin, mavi-yukarı kuark, kırmızı-yukarı kuarka dönüşür ve renk
daima korunması gerektiğinden aradaki farkı gluon taşır. Dikkat! gluon
çift renklidir!
 Gluonlar da renk taşıdıklarından, kendi aralarında da çiftlenebilirler ve
OMÜ_FEN
gluon-gluon köşeleri (vertice) oluşur:
Üçlü köşe
Dörtlü köşe
Bu köşelerin varlığı gluon
topları (glueballs)
denilen,
etkileşen gluonların bağlı
durumlarını gösteren ve
kuarkların olmadığı bir
yapının varlığını gösterir.
 QED ve QCD arasındaki bir diğer önemli fark çiftlenim sabitidir. QED






OMÜ_FEN
için =1/137 ve QCD için s.
İki proton arasındaki etkileşme için s in değeri 1’den büyüktür. Böyle
olması QCD’de Feynmann diyagramlarının kullanışsız olmasına neden
olur.
Fakat sonraları s nin sabit olmayıp etkileşen parçacıklar arasındaki
uzaklıkla değiştiği bulundu.
s , Nükleer fiziğin karakteristik uzaklıklarında (çekirdek boyutu
mertebesinde) büyük bir değere sahipken, küçük uzaklıklarda
(protonun boyutundan daha küçük) oldukça küçük bir değere sahiptir.
Bu olay asimptotik özgürlük olarak bilinir.
QED ve QCD arasındaki önemli farklardan biri de, bir çok parçacık
elektrik yükü taşısa da doğal olarak var olan hiçbir parçacığın renk
yükü taşımamasıdır.
Kuarklar baryon ve mezonlar içerisinde hapsoldukları için laboratuvar
ortamında QCD’nin incelenmesi dolaylı yollardan olmaktadır.
p-p arasındaki güçlü etkileşmenin Feynmann diyagramı:
OMÜ_FEN