Fermiyon, parçacık fiziğinde, Fermi-Dirac istatistiğine uyan parçacıktır. Başka bir deyişle, Enrico Fermi ve Paul Dirac'ın gösterdiği üzere, Bose-Einstein istatistiğine sahip bozonların aksine fermiyonlar, belirtilen zamanda sadece bir kuantum durumuna karşılık gelebilen parçacıklardır. Eğer iki ayrı fermiyon uzayda aynı yerde tanımlanmışsa her bir fermiyonun özelliği birbirinden farklı olmak zorundadır. Örnek olarak, iki elektron bir çekirdeğin etrafında aynı orbitalde bulunacaklarsa, bu kez aynı spin durumunda olamazlar ve her orbitalde elektronun biri yukarı diğeri aşağı spin durumundadır.
Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.
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.
Schrödinger denklemi, bir kuantum sistemi hakkında bize her bilgiyi veren araç dalga fonksiyonu adında bir fonksiyondur. Dalga fonksiyonunun uzaya ve zamana bağlı değişimini gösteren denklemi ilk bulan Erwin Schrödinger’dir. Bu yüzden denklem Schrödinger denklemi adıyla anılır. 1900 yılında Max Planck'ın ortaya attığı "kuantum varsayımları"nın ardından, 1924'te ortaya atılan de Broglie varsayımı ve 1927'de ortaya atılan Heisenberg belirsizlik ilkesi bilim dünyasında yeni ufukların doğmasına sebep olmuştur. Bu gelişmeler Max Planck'ın kuantum varsayımları ve Schrödinger'in dalga mekaniği ile birleştirilerek kuantum mekaniğini ortaya çıkarmıştır.
Atomdan küçük, atomu da oluşturan maddeler. En çok bilinenleri, alt parçacıklardan (kuarklardan) oluşan proton ve nötron; lepton olan elektrondur. Yapısı tamamen keşfedilmemiş atomaltı parçacıklara örnek olarak foton (ışık), bozon, mezon, fermiyon, baryon ve graviton verilebilir.
Antimadde, karşı madde veya karşıt madde, maddenin ters ikizi. Paul Dirac denklemiyle ortaya çıkarılmış ve daha sonraki gözlemlerle de varlığı doğrulanmıştır. Antimadde en basit hâliyle normal maddenin zıddıdır. Antimaddenin atomaltı parçacıkları, normal maddeye göre zıt özellikler taşımaktadır. Bu atomaltı parçacıkların elektrik yükleri, normal maddenin atomaltı parçacıklarının tam tersidir. Antimadde, Büyük Patlama'dan sonra normal maddeyle birlikte oluşmuştur; fakat sebebinin ne olduğunu bilim insanları tam anlamıyla bilemeseler de evrende oldukça nadir bulunmaktadır.
Pozitron, elektronun karşı parçacığı olan artı yüklü leptondur.
Enerji seviyesi, atom çekirdeğinin etrafında katman katman biçiminde bulunan kısımların her biridir. Bu yörüngelerde elektronlar bulunur. Yörüngenin numarası; 1, 2, 3, 4, ... gibi sayı değerlerini alabilir. Yörünge numarasına baş kuantum sayısı da denir ve "n" ile gösterilir. Yörünge numarası ile yörüngenin çekirdeğe uzaklığı doğru orantılıdır.
'Müon, elektron benzeri-1 e yük ve 1/2 spinli ancak daha yüksek kütleye sahip bir temel parçacık. Müon parçacığı, lepton olarak sınıflandırılmıştır. Diğer leptonlar gibi, Müonun da daha küçük parçacıklara indirgenemeyen bir parçacık olduğu düşünülmektedir.
Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.
Radyasyon veya ışınım, elektromanyetik dalgalar veya parçacıklar biçimindeki enerji yayımı ya da aktarımıdır. "Radyoaktif maddelerin alfa, beta, gama gibi ışınları yaymasına" veya "Uzayda yayılan herhangi bir elektromanyetik ışını meydana getiren unsurların tamamına" da radyasyon denir. Bir maddenin atom çekirdeğindeki nötronların sayısı, proton sayısına göre oldukça fazla veya oldukça az ise; bu tür maddeler kararsız bir yapı göstermekte ve çekirdeğindeki nötronlar alfa, beta, gama gibi çeşitli ışınlar yaymak suretiyle parçalanmaktadırlar. Çevresine bu şekilde ışın saçarak parçalanan maddelere radyoaktif madde denir.
Antiprotonun varlığı 1955 yılına kadar kanıtlanamadı. Pozitron gibi, antiprotonda doğal madde yapısında bulunamaz; çünkü hemen birbirlerini yok ederler. Bir antiproton oluşturmak için çok büyük enerji gerekir. Örneğin, bir foton çekirdekle çarpışarak bir proton-antiproton çifti yaratabilir.
Compton dalgaboyu bir parçacığın kuantum mekaniği özelliğidir. Compton dalgaboyu Arthur Compton tarafından elektronların foton saçılması olayı izah edilirken gösterilmiştir. Bir parçacığın Compton dalga boyu; enerjisi parçacığın durgun kütle enerjisine eşit olan fotonun dalgaboyuna eşittir. Parçacığın Compton dalgaboyu ( λ) şuna eşittir:
Kuantum mekaniği madde ve atomların ve atom içindeki parçacıklar ölçeğinde enerji ile etkileşimlerinin davranışını açıklayan bilimsel ilkeler organıdır: Bu makaleye teknik olmayan konuların tanıtımında ulaşabilirsiniz.
Kuantum mekaniğinin tarihi modern fizik tarihinin önemli bir parçasıdır. Kuantum kimyası tarihi ile iç içe olan kuantum mekaniği tarihi özünde birkaç farklı bilimsel keşif ile başlar; 1838’de Michael Faraday tarafından elektron demetlerinin keşfi, Gustav Kirchhoff tarafından 1859-60 kışı siyah cisim ışıması problemi beyanı, Ludwig Boltzmann’ın 1877 yılındaki fiziksel bir sistemin enerji seviyelerinin ayrıklardan olabileceği önerisi, 1887 yılında Heinrich Hertz’in fotoelektrik etkiyi keşfetmesi ve Max Planck’ın 1900 yılında ileri sürdüğü, herhangi bir enerji yayan atomik sisteminin teorik olarak birkaç farklı “enerji elementi” ε (epsilon) ne bölünebilmesi, bu enerji elementlerinden her birinin frekansına ν orantılı olması ve ayrı ayrı enerji üretebilmesi hipotezi, aşağıdaki formülle gösterilmiştir;
Antimadde roketi, güç kaynağı olarak antimadde kullanması önerilen bir roket sınıfıdır. Bu hedefi gerçekleştirmeye kalkışan birçok tasarım vardır. Bu tür roketlerin yararı madde-antimadde karışımının değişmez kütlesinin büyük bir kısmının antimadde roketlerinin diğer önerilen roket sınıflarından çok daha fazla enerji yoğunluğunun ve özgül itici kuvvetinin olmasını sağlayan enerjiye dönüşebilmesidir.
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.
Çift üretimi nötral bozondantemel parçacıkların ve bu parçacıkların antiparçacıklarının oluşması.Bir elektron ve bir pozitron oluşturmak için, bir müon ve bir antimüon veya bir proton ve bir antiprotonun oluşması örenkler arasındadır. Çift üretimi genellikle özellikle bir fotonun bir elektro-pozitron çiftinin bir çekirdeğe yakın bir konumda oluması anlamında kullanılır. Çift oluşumunun gerçekleşmesi için parçacıkların etkileşim enerjisinin her iki parçacığındinlenme kütle enerjisinden, yani eşik enerjisi, yüksek olması ve durumun hem enerji hem de momentum korunumuna müsaade etmesi gerekmektedir. Fakat, üretilmiş parçacıkların bütün korunmuş kuantum sayıları sıfıra eşit olmak zorundadır. Böylece oluşmuş parçacıklar birbirlerinin ters değerlerine sahip olmaları kuralına uymuş olurlar. Farzı misal, eğer bir parçacık +1 yüküne sahipse diğer parçacık −1 yüküne sahip olmalı veya eğer bir parçacık +1 garipliğe sahipse diğer −1 garipliğe sahip olmalıdır.
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
Annihilasyon veya yok olma, parçacık fiziğinde, bir atomaltı parçacık ve ilgili antiparçacığı çarpıştığında başka parçacıklar üretme işlemine, örneğin bir elektron ile çarpışan bir pozitronun iki foton üretmesine, verilen addır. İlk çiftin toplam enerjisi ve momentumu annihilasyon işleminde korunur ve oluşan yeni parçacıklar arasında dağıtılır. Antiparçacıklar, parçacıkların tam tersi ilave kuantum sayılarına sahiptir, bu nedenle çarpışacak çiftin tüm kuantum sayılarının toplamı sıfırdır. Bu nedenle enerjinin ve momentumun korunmu yasalarına uyulduğu takdirde, toplam kuantum sayıları sıfır olan herhangi bir parçacık dizisi üretilebilir.
