KUANTUM #2: Güçlü Nükleer Kuvvet

Atom çekirdeğinde proton ve nötronların bulunduğu, çekirdeğinin etrafında elektronların döndüğü ve temelde sadece bundan ibaret olsa da, milyonlarca farklı şey oluşturabilen akıl almaz bir yapı. Elinizdeki cihazdan yıldızlara kadar, canlı veya cansız aklınıza gelebilecek her şey ,atomlardan oluşmuş birer şaheser.

Peki, atomun içindeki parçacıkların bir arada kalmasını sağlayan şey ne? İlk cümlemde atom çekirdeğinin proton ve nötronlardan oluştuğunu yazmıştım. Protonların -aynı yükte oldukları için- birbirlerinin itmeleri gerekmez miydi? Tam da burada bilinen en güçlü kuvvet yani güçlü nükleer kuvvet işin içine giriyor. Eğer güçlü nükleer kuvvet diye bir şey olmasaydı, atom çekirdeği diye bir şey olmazdı. Hatta proton venötronlar da parçacıklarına ayrılırdı. Haliyle biz de diğer her şeyle birlikte bir parçacık çorbasına dönüşürdük.

Çekirdekteki protonların neden birbirini itmediğini anlamak için ilk olarak protonun ve nötronun yapısını bilmeliyiz. Proton ve nötronlar temel parçacık değillerdir.

Kuark adı verilen yapıdan oluşurlar ve her bir proton veya nötronda üçer adet kuark bulunur. Kuarklar aslında altı çeşittir ama proton ve nötronda        (ikisine birlikte nükleon diyoruz.) aşağı ve yukarı kuark bulunur. Aşağı kuark -1/3, yukarı kuark +2/3 yükle yüklüdür ki ,yüklerinin olması onları güçlü nükleer kuvvetin yanında elektromanyetik kuvvetin de bir parçası yapar.

Kuarkların bir arada kalmasını sağlayan şey, güçlü nükleer kuvvetin kuvvet taşıyıcıları olan gluonlardır. Gluonların değiş tokuşu kuarkların birbirinden ayrılmasını önler. Bir nükleonun içi aslında bir kuark hapsidir ve bu hapishanenin gardiyanları da gluonlarıdır. Sürekli olarak kuarkları kontrol ederek herhangi bir kuarkın kaçmasını önlerler. Kuarklar arasındaki mesafe ne kadar artarsa güçlü nükleer kuvvet o kadar güçlenir ve kuarkları yeniden bir araya getirir. Bu nedenle kuarklar tek başlarına gözlemlenemezler.

 

Nükleonlardaki kuarklar bu şekilde bir arada kalırlar. Ama nükleonların bir arada kalmasına gelince ''mezon'' adı verilen yeni bir yapı karşımıza çıkar. Proton veya nötrondaki bir gluon, başka bir gluonla eşleşir ve inanılmaz bir şekilde bir kuark çifti oluştururlar. Gluonlar kuarklara dönüşürler. Bu kuarklar, örneğin proton içinde oluştuysa, başka bir proton veya nötrona giderler ve orada yeniden gluona dönüşürler. Bu durumda gluonlar, kuarkları değil, kuark hapishanelerini bir arada tutan gardiyanlardır. Yolculuk eden bu gluonlara -veya kuark çiftine- ''mezon'' adı verilir. Evrene kararlılık veren şey, bu mezonlar yani gluonlardır.

Kuarklar ve gluonlar, evrendeki kütlenin %99.7'sini oluştururlar. Öyle ki 60 kg'lik bir insanın kuarkları ve gluonları dışındaki kütlesi sadece 18 gr'dir. Sürekli gezinerek bir nevi gardiyanlık yapan gluonlar ve nükleonların içinde tutsak kalmış kuarklar evrenimizin neredeyse tamamını oluşturur. Stephan Hawking'in öğrencilerinden Christophe Galfard, Evren Avucunuzda isimli kitabında kuark hapsi ile ilgili şunları yazmıştır: ''...Çoğumuz kendimizi parmaklıklar ardında bulsak özgürlüğün hücreden ve muhafızlardan olabildiğince uzakta olduğuna canı gönülden inanırız. Ne var ki suçu olsun olmasın protonların içinde tutulan kuarklar için durum, bunun tam tersidir. Onlar için özgürlük kısa mesafelerde yatar. Birbirlerine ne kadar yaklaşırlarsa ,istediklerinin yapmak için o kadar özgürleşirler. Kuark özgürlüğü tuhaf bir kavramdır gerçekten: Birbirlerine yaklaştıkları anda koca bir olasılıklar dünyası açılır karşılarına...''

 

Kaynakça:

  1. Galfard, Christophe (2017), Evren Avucunda, (İstanbul, Domingo Yayınları)
  2. Hawking, Stephan (2012), Zamanın Kısa Tarihi (İstanbul, Alfa Yayınları)
  3. http://www.kozmikanafor.com/evrendeki-temel-kuvvetler/
  4. https://www.bilgiustam.com/fizikte-temel-kuvvetler/
  5. https://www.onlinefizik.com/dogadaki-temel-kuvvetler/

 

 

 

İlgili Makaleler

Başlık

Açıklama