İçeriğe atla

İki foton fiziği

İki foton fiziği, genellikle gama-gama fiziği olarak bilinir, parçacık fiziğinin bir dalıdır ve iki foton arasındaki etkileşimi açıklar.

Normalinde, ışık ışınları birbirleriyle etkileşime girmeden geçerler. Optik bir maddenin içinde ve eğer ışınların yoğunluğu yeteri kadar yüksekse,ışınlar birbirlerini doğrusal olmayan bir şekilde etkileyebilirler. Saf vakumun içinde eğer iki fotonun oluşturduğu sistemin kütle merkezi enerjisi yeteri kadar büyükse bazı zayıf ışık saçılmaları oluşabilir. Ayrıca, sistemin kütle merkezi enerjisi aşılınca madde yaratılabilir.

Astronomi

Foton-foton saçılması gama ışımalarında 80 TeV’dir. Diğer foton kozmik mikrodalga arka planındaki birçok fotondan sadece birisidir. İki fotonun durgun haldeki sabit kütlelerinin olduğu referanslar çerçevesinde yeteri kadar enerjiye sahip olan fotonlar ve gamaların her ikisi de elektron-pozitron çiftini oluşturur.

Deneyler

İki foton fiziğinde yüksek enerjili parçacık ivmelendirici ile çalışılabilir. Burada fotonlar ivmelendirilmez ama yüklü parçacıklar fotonları radikalleştirir. En belirgin çalışmaları CERN’deki Büyük Elektron-Pozitron çarpıştırıcısında yapıldı. Eğer çapraz momentum iletilirse ve bu yüzden sapma büyük olur, elektronların biri ya da ikisi de sapabilir. Bu durum izlenme olarak adlandırılır. Etkileşimlerle oluşmuş diğer parçacıklar fiziğin etkileşimlerini yeniden oluşumları izlenir. Işıktan ışığa saçılma direkt olarak gözlemlenemez. 2012'den beri foton foton –foton saçılması kesitine en iyi kısıtlama PVLAS’ın beraberinde getirir bu standart modelde tahmin edilen seviyeden daha yüksek bir limit olduğunu rapor eder.[1] Öneriler LHC deki hadronların çapıştığında oluşan yüksek elektromanyetik alan kullanılarak elastik ışık saçılmalarını ölçülmesiyle yapıldı. Kesitlerin gözlemi standart modelle tahmin edilenden daha büyüktü.[2] Standart model örneğin kurallarla yeni fiziğe işaret edebilirdi ve ama hedefi PVLAS ve birçok benzer deney olabilirdi.

Süreç

Kuantum elektrodinamiğine göre fotonlar birbiriyle eğer yükleri yoksa direkt olarak çift olamazlar, ama yüksek mertebedeki süreçlerle etkileşebilirler. Topolojik Dipol Alan Teorisi’ne[3] göre foton-foton saçılması tahmin edilebilir. Belirsizlik ilkesinin bağlarıyla bir foton çift olabilmek için fermiyon-antifermiyon çiftlerle dalgalanabilir. Bu fermiyon çift leptonlar ya da kuarklar olabilir. Bu yüzden iki foton fiziği deneyleri fotonun yapısını ya da fotonun içinde ne olduğunu öğrenmek için yapılabilir.Etkileşim sürecini üçe ayırırız.

  • Direkt ya da nokta gibi: İşaretlenmiş fotonun içinde direkt olarak kuark bulunur.[4] Eğer lepton-antilepton çifti oluşmuşsa, bu süreç sadece kuantum elektrodinamiğini içerir.[5][6] Ama eğer kuark-antikuark çifti oluşmuşsa, bu süreç kuantum elektrodinamiğini ve ayrılma kuantum kromodinamiğini içerir. Fotonun asıl kuark içeriği deneysel olarak derin elastik olmayan elekron –foton saçılmasıyla foton yapı fonksiyonu olarak tanımlanır.[7][8]
  • Tek kararlı: İşaretli atomun kuark çifti bir vektör ortacığından oluşur. Araştırmacı foton çifti bu ortacığı oluşturur.
  • Çift kararlı: İşaretli ve araştırmacı foton vektör ortacığına sahiptir. Bu iki hadronun etkileşiminin sonucudur.

Son iki durum için güçlü etkileşme sabiti gibi değerlerin olduğu skala geniştir. Bu Vektör Ortacık Baskınlığı olarak adlandırılır ve ayırmayıcı kuantum kromodinamiği olarak modellenmelidir.

Kaynakça

  1. ^ G. Zavattini et al., "Measuring the magnetic birefringence of vacuum: the PVLAS experiment", Accepted for publication in the Proceedings of the QFEXT11 Benasque Conference, [1] 3 Aralık 2018 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  2. ^ D. d'Enterria, G. G. da Silveira, "Observing Light-by-Light Scattering at the Large Hadron Collider", Phys. Rev. Lett., 111 (2013) 080405 [2] 11 Nisan 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
  3. ^ Linker, P. (2015). "Topological Dipole Field Theory". The Winnower. Cilt 3. ss. e144311.19292. doi:10.15200/winn.144311.19292. 
  4. ^ T.F.Walsh and P.M.Zerwas, "Two photon processes in the parton model", Phys. Lett. B44 (1973) 195.
  5. ^ E.Witten, "Anomalous Cross-Section for Photon – Photon Scattering in Gauge Theories", Nucl. Phys. B120} (1977) 189.
  6. ^ W.A.Bardeen and A.J.Buras, "Higher Order Asymptotic Freedom Corrections to Photon–Photon Scattering", Phys. Rev. D20 (1979) 166, [Erratum-ibid. D21 (1980) 2041].
  7. ^ L3 Collaboration, Measurement of the photon structure function F2γ with the L3 detector at LEP, Phys. Lett. B 622, 249 (2005)
  8. ^ R. Nisius, The photon structure from deep inelastic electron photon scattering, Physics Report 332 (2000) 165

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

Parçacık fiziğinde, bozonlar Bose-Einstein yoğunlaşmasına uyan parçacıklardır; Satyendra Nath Bose ve Einstein'a atfen isimlendirilmişlerdir. Fermi-Dirac istatistiklerine uyan fermiyonların tersine, farklı bozonlar aynı kuantum konumunu işgal eder. Böylece, aynı enerjiye sahip bozonlar uzayda aynı mekânı işgal edebilirler. Bu nedenle her ne kadar parçacık fiziğinde her iki kavram arasındaki ayrım kesin belirgin değilse de, fermiyonlar genelde madde ile bileşikken, bozonlar sıklıkla güç taşıyıcı parçacıklardır.

Temel etkileşimler veya Temel kuvvetler, fiziksel sistemlerde daha temel etkileşimlere indirgenemeyen etkileşimlerdir. Bilinen dört temel etkileşim vardır. Bunlar uzun mesafelerde etkileri olabilen kütleçekimsel, elektromanyetik etkileşimler ve atomaltı mesafelerde etkili olan güçlü nükleer ve zayıf nükleer etkileşimlerdir. Her biri bir alan dinamiği olarak anlaşılmalıdır. Bu dört etkileşim de matematiksel açıdan bir alan olarak modellenebilir. Kütleçekim, Einstein'ın genel görelilik kuramı tarafından tanımlanan uzay-zamanın eğriliğe atfedilirken diğer üçü ayrı kuantum alanlar olarak nitelendirilir ve etkileşimlerine Parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından tanımlanan temel parçacıklar aracılık eder.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık fiziği</span>

Parçacık fiziği, maddeyi ve ışınımı oluşturan parçacıkların doğasını araştıran bir fizik dalıdır. Parçacık kelimesi birçok küçük nesneyi andırsa da, parçacık fiziği genellikle gözlemlenebilen, indirgenemez en küçük parçacıkları ve onların davranışlarını anlamak için gerekli temel etkileşimleri araştırır. Şu anki anlayışımıza göre bu temel parçacıklar, onların etkileşimlerini de açıklayan kuantum alanlarının uyarımlarıdırlar. Günümüzde, bu temel parçacıkları ve alanları dinamikleriyle birlikte açıklayan en etkin teori Standart Model olarak adlandırılmaktadır. Bu yüzden günümüz parçacık fiziği genellikle Standart Modeli ve onun olası uzantılarını inceler.

<span class="mw-page-title-main">Kuark</span> Temel parçacık türü

Kuark, bir tür temel parçacık ve maddenin temel bileşenlerinden biridir. Kuarklar, bir araya gelerek hadronlar olarak bilinen bileşik parçacıkları oluşturur. Bunların en kararlıları, atom çekirdeğinin bileşenleri proton ve nötrondur. Renk hapsi olarak bilinen olgudan ötürü kuarklar asla yalnız bir şekilde bulunmaz, yalnızca baryonlar ve mezonlar gibi hadronlar dahilinde bulunabilir. Bu sebeple kuarklar hakkında bilinenlerin çoğu hadronların gözlenmesi sonucunda elde edilmiştir.

Parçacık fiziğinde bir hadron, güçlü etkileşim tarafından bir arada tutulan taneciklerden oluşan bir bileşik parçacıktır.

Gluonlar kuarklar arasındaki güçlü etkileşimi sağlayan temel parçacıklardır. Bu etkileşim fotonların elektromanyetik etkileşmedeki rolüne benzer bir şekilde iki yüklü parçacık arasında momentum değişimini sağladığı düşüncesi ile benzerlik kurularak anlaşılabilir.

Yukarı kuark en hafif kuarktır, temel bir parçacıktır ve maddenin önemli bir bileşenidir. Aşağı kuarkla birlikte atom çekirdeğini meydana getiren proton ve nötronu oluşturur. Birinci nesil olarak sınıflandırılırlar. Elektrik yükü +2/3 e olup çıplak kütleleri 2,2+0,5
-0,4 MeV/c2 olarak ölçülmüştür. Bütün kuarklar gibi yukarı kuark da 1/2 spine sahip temel fermiyondur ve dört temel etkileşimin hepsinden etkilenir. Yukarı kuarkın antiparçacığı olan yukarı antikuark ile elektriksel yük işareti gibi birkaç özellikte farklılaşır.

<span class="mw-page-title-main">Temel parçacık</span> Başka parçacıklardan oluştuğu bilinmeyen parçacıklar.

Temel parçacıklar, bilinen hiçbir alt yapısı olmayan parçacıklardır. Bu parçacıklar evreni oluşturan maddelerin temel yapıtaşıdır. Standart Model'de kuarklar, leptonlar ve ayar bozonları temel taneciklerdir.

<span class="mw-page-title-main">Kuantum renk dinamiği</span>

Kuantum renk dinamiği veya kuantum kromodinamiği, teorik fizikte kuantum kromodinamiği, kuarklar ve gluonlar arasındaki güçlü etkileşimin proton, nötron ve pion gibi kompozit hadronları oluşturan, temel parçacıkların teorisidir.

Preonlar parçacık fiziğinde, kuarklar ve leptonların altparçacıkları olan nokta parçacıklardır. Terim 1974’te, Jogesh Pati ve Muhammed Abdüsselam tarafından oluşturulmuştur. Preon modellerine olan ilgi, 1980’lerde zirve noktasına ulaşmıştır ancak parçacık fiziği Standart Model'i, fiziğin kendisini en başarılı şekilde tanımlamaya devam ettiğinden ve lepton ile kuark kompozitleri hakkında hiçbir deneysel veri bulunmadığından dolayı bu ilgi azalmıştır.

Fizikte efektif alan teorisi; istatistiksel mekanik model teorisi ya da kuantum alan kuramı gibi, altta yatan fiziksel kurama bir yaklaşma/yaklaştırma modeli. Efektif alan teorisinde, seçilen bir enerji ya da uzunluk ölçeğinde meydana gelen fiziksel olayları açıklamak için; kısa mesafelerde serbestlik derecelerini ve altyapıyı göz ardı ederek, serbestlik derecelerinin uygunluğunu içermektedir.

Brillouin saçılması Leon Brillouin'den sonra isimlendirilmiştir. Işığın saydam bir cisimden geçmesiyle birlikte ve maddeyle etkileşime girmesiyle birlikte periyodik uzaysal ve zamansal farklılıkları maddenin yansıtıcı indeksinde oluşturmaktadır. Optikte de belirtildiği gibi, yansımanın indeksi saydam malzemede deformasyonla oluşmaktadır.

Renk yükü, kuantum renk dinamiği teorisindeki parçacıkların güçlü etkileşimiyle alakalı olan kuark ve gluonların bir özelliğidir.

Fizikte sanal parçacık, sıradan parçacıkların özelliklerini sergileyen fakat sınırlı bir süreliğine var olan geçici dalgalanma olarak tanımlanır. Sanal parçacık kavramı sıradan parçacıklar arasındaki etkileşimi sanal parçacıklar arasındaki değiş tokuş olarak tanımlayan kuantum alan teorisinin Pertürbasyon teorisi kısmında ortaya çıkar. Sanal parçacıkları içeren herhangi bir süreç sanal parçacıkları iç çizgilerle temsil eden ve Feynman diyagramı olarak bilinen şematik tasarımı doğrular.

<span class="mw-page-title-main">Egzotik hadron</span>

Egzotik hadron, kuarklar ile gluonlardan meydana gelen, sıradan hadronların aksine iki ya da üç kuarktan fazlasını içeren atomaltı parçacıktır. Egzotik baryonlar, üç kuarka sahip sıradan baryonlardan; egzotik mezonlar ise birer kuark ve antikuarka sahip sıradan mezonlardan ayrılır. Teoride, renk yükü beyaz olduğu müddetçe bir hadronun kuark sayısında herhangi bir limit yoktur.

<span class="mw-page-title-main">Derin inelastik saçılma</span>

Derin inelastik saçılma, elektron, müon ve nötrino kullanarak hadronların iç yapılarının incelenmesi işlemidir. 1968'de, SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı'nda yapılan derin inelastik saçılma deneyleri sayesinde, daha önceleri teorik olarak varlığı tahmin edilen kuarkların varlığına dair ilk somut veriler elde edilmiştir.

Parçacık fiziğinde asimptotik özgürlük, enerji ölçeği yükseldikçe ve ilgili uzunluk ölçeği azaldıkça iki parçacık arası bağın asimptotik olarak zayıf olmasına sebebiyet veren ayar teorilerinin özelliklerinden biridir.

Kuantum renk dinamiği bağlanma enerjisi, gluon bağlanma enerjisi veya kromodinamik bağlanma enerjisi, kuarkların birbirlerine bağlanarak hadronları oluşturması için gereken bağlanma enerjisi. Bu enerji, gluonlar aracılığıyla gerçekleşen güçlü etkileşim alanının enerjisidir.

Thomson saçılması, elektromanyetik radyasyonun, serbest bir yüklü parçacık tarafından uğradığı esnek saçılmadır. Compton saçılmasının düşük enerji sınırı olup, saçılma sonucunda parçacığın kinetik enerjisi ve foton frekansı değişmez. Bu sınır; foton enerjisi, parçacığın kütle enerjisinin denklemini sağlayacak kadar altında olması ya da benzer şekilde, ışığın dalga boyu, parçacığın Compton dalga boyundan daha büyük olması durumunda geçerlidir.

<span class="mw-page-title-main">Elektron-pozitron annihilasyonu</span>

Elektron-pozitron anhilasyonu, bir elektron ve bir pozitron çarpıştığı zaman oluşur. Düşük enerjilerde, çarpışmanın sonucu elektron ve pozitronun anhilasyonu (imhası) ve gama ışını fotonlarının oluşmasıdır:


e-
 + 
e+
 → 
γ
 + 
γ

Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.