İçeriğe atla

Hadron

Parçacık fiziğinde bir hadron, güçlü etkileşim tarafından bir arada tutulan taneciklerden oluşan bir bileşik parçacıktır. (Benzer şekilde moleküller elektromanyetik kuvvet tarafından bir arada tutulur.)

Hadronlar iki aileye ayrılır: Baryonlar, 3 tanecikten oluşur; mezonlar ise bir tanecik ve bir antitanecikten oluşur. Proton ve nötronlar baryonlara örnektir, pionlar da mezonlara örnektir. 3'ten fazla tanecik içeren hadronlar yakın zamanda keşfedilmiştir. Bir tetrakuark, Z(4430)-, 2007'de Belle Collaboration tarafından keşfedilmiş ve 2014'te bir rezonans olarak onaylanmıştır.

Hadronlardan protonlar stabil, nötron da atomik çekirdek içinde bağlı ve stabildirler. Diğer hadronlar stabil değildir. Serbest nötronlar 611 saniyelik bir yarı ömürle çöker. Deneysel olarak hadron fiziği protonların ya da ağır elementlerin çekirdeklerinin çarpışması ile çalışılır.

Etimoloji

Hadron terimi Lev B.Okun tarafından 1962'de Uluslararası Yüksek Enerji Fiziği Konferansında tanıtılmıştır. Bu konferansta şunu söylemiştir :

Bu raporun zayıf etkileşimlerle ilgilendiği gerçeğini gözardı ederek, güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklardan sıkça bahsedeceğiz. Bu parçacıklar bazı bilimsel sorunlar oluşturmanın yanı sıra aynı zamanda terminolojik sıkıntılar da oluşturmaktadır. Konu "güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklar"ın sıfat haline gelmeyen zayıf bir terim olmasındadır. Bu nedenle güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklar non-leptonic olarak adlandırılırlar. Bu tanım kesin değildir çünkü, non-leptonic aynı zamanda fotonik olarak da görülebilir. Bu raporda güçlü bir şekilde etkileşen parçacıklara hadron diyeceğim ve buna karşılık gelen çökmelere de hadronik. Umarım bu terminoloji rahatlık sağlar. -Lev B. Okun, 1962

Özellikler

Kuark modeline göre hadronun özellikleri esas olarak değerlik kuarkları tarafından belirlenir. Örneğin, bir proton 2 üst ve bir alt kuarktan oluşur. Bunları toplamak protunun şarjı olan +1'i verir. Kuarklar aynı zamanda renk şarjları da taşısalar da hadronlar renk sınırlaması adlı fenomen yüzünden sıfır renk şarjı taşımalıdır. Bunlar iki en kolay yoldur: farklı renkteki üç farklı kuark ya da bir renkli kuark ve karşı rengi taşıyan bir karşı-kuark. İlk şekildeki hadronlara baryon, ikinci şekildeki hadronlara ise mezon denir.

Ancak hadronlar yalnızca 2 ya da 3 kuarktan oluşmazlar. Güçlü kuvvet gluonları büyük kuarklardn oluşacak enerjiye sahiptirler. Yani, yapay kuark ve antikuarklar, 1:1 lik bir oranla, hadron içindekii kütlesel parçacıkların çoğunluğunu oluştururlar. Kütlesiz yapay gluonlar hadron içindeki parçacıkların numarasal çoğunluğunu oluştururlar.

Tüm atomaltı parçacıklar gibi hadronlar da Poincaré grubunu temsil eden quantum numaralarına sahiptirler: JPC(m). J spin kuantum numarası, P,ana parti ve C de şarj çekimi ve m parçacığın kütlesi. Hadronlar ayrıca temel parçacık kuantum numaraları da taşıyabilirler. Hadronlar rezonans olarak bilinen kararsız durumlara sahiptirler. Her taban halindeki hadron birden çok kararsız hale sahip olabilir; birkaç yüz farklı rezonans parçacık fiziğinde gözlemlenmiştir.

Maddenin diğer fazlarında hadronlar yok olabilirler. Örneğin; çok yüksek sıcaklık ve basınç altında, eğer yeteri kadar temel parçacık kuarkı mevcut değilse, kuantum kronodinamik teorisi(QCD), kuark ve gluonların hadronlar içinde kalmayacağını öngörür. Bu özellik, asimptotik özgürlük olarak da bilinir, deneysel olarak kanıtlamıştır.

Proton dışındaki bütün hadronlar dengesizdir.

Baryonlar

Tüm bilinen baryonlar 3 değerlik kuarkdan oluşur yani fermiyonlardır. Kuarklar baryon sayısı B = 1⁄3 'e yaklaştıkça, baryonlar B=1 baryon sayısına sahiptirler. En iyi bilinen baryonlar proton ve nötronlardır.

Ağustos 2015 itibarı ile bilinen 2 pentakuark vardır: Pc^+(4380) vePc^(4450). İkisi de 2015 yılında LHCb deneyi ile bulunmuştur.

Tüm baryon tipleri bir karşı parçacığa sahiptir. Örneğin, proton iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşur. Bunun anti parçacık karşılığı olan anti-proton ise iki yukarı anti kuarktan ve bir aşağı anti kuarktan oluşur.

Mezonlar

Mezonlar kuark-antikuark çiftinden oluşan hadronlardır. Bozonlardır yani bütünsel dönmeleri vardır. Baryon sayıları 0'dır. Parçacık fiziği deneylerinde üretilen mezonlar, pion ve kaonlardır. Pionlar ayrıca atomun çekirdeğini bir arada tutmayı sağlarlar.

Prensipte birden fazla kuark-antikuark çifti olan mezonlar olabilir. Bu teorik mezonlara tetrakuark denir. 2000'lerde birden çok tetrakuark adayı bulunmuştur ama durumları hâlâ tartışılmaktadır.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

1 - Choi, S.-K.; Belle Collaboration; et al. (2007). "Observation of a resonance-like structure in the π±Ψ′ mass distribution in exclusive B→Kπ±Ψ′ decays". Physical Review Letters 100 (14). arXiv:0708.1790. Bibcode:2008PhRvL.100n2001C. doi:10.1103/PhysRevLett.100.142001.

2 - LHCb collaboration (2014): Observation of the resonant character of the Z(4430)− state

3 - a b R. Aaij et al. (LHCb collaboration) (2015). "Observation of J/ψp resonances consistent with pentaquark states in Λ0 b→J/ψK− p decays". Physical Review Letters 115 (7). doi:10.1103/PhysRevLett.115.072001.

4- Lev B. Okun (1962). "The Theory of Weak Interaction". Proceedings of 1962 International Conference on High-Energy Physics at CERN. Geneva. p. 845. Bibcode:1962hep..conf..845O.

5- C. Amsler et al. (Particle Data Group) (2008). "Review of Particle Physics – Quark Model" (PDF). Physics Letters B 667: 1. Bibcode:2008PhLB..667....1P. doi:10.1016/j.physletb.2008.07.018.

6- S. Bethke (2007). "Experimental tests of asymptotic freedom". Progress in Particle and Nuclear Physics 58 (2): 351. arXiv:hep-ex/0606035. Bibcode:2007PrPNP..58..351B. doi:10.1016/j.ppnp.2006.06.001.

7- Mysterious Subatomic Particle May Represent Exotic New Form of Matter

İlgili Araştırma Makaleleri

<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.

<span class="mw-page-title-main">Atomaltı parçacık</span> Atomdan küçük, atomu da oluşturan maddeler.

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.

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

Mezonlar, güçlü etkileşim ile bağlı bir kuark ve bir antikuarktan oluşan hadronik atomaltı parçacıklardır. Atomaltı parçacıklardan oluştuklarından mezonlar, kabaca bir femtometre kadarlık bir yarıçaplı fiziksel bir boyuta sahiptirler. Bütün mezonlar kararsızdırlar ve en uzun ömürlüsü mikrosaniyenin altında bir ömre sahiptir. Yüklü mezonların bozunmasıyla elektron ve nötrino oluşur. Yüksüz mezonların bozunmasıyla da fotonlar oluşur.

Parçacık fiziğinde baryonlar üç kuarktan ya da üç antikuarktan oluşan atomaltı parçacıkların oluşturduğu ailedir. Atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronları da içerirler ama bunların dışında birçok kararsız baryon da bulunur. "Baryon" kelimesi Yunanca "ağır" anlamındaki βαρύς'den (varys) gelir. Bunun sebebi sınıflandırıldıkları sırada baryonların diğer atomaltı parçacıklardan farkının daha büyük olan kütleleri olduğunun sanılmasıdır.

<span class="mw-page-title-main">Güçlü etkileşim</span> atom çekirdeği içindeki kuvvet bağlayıcı parçacıklar

Güçlü etkileşim, kuarklar ve gluonlar arasındaki etkileşimdir ve kuantum renk dinamiği kuramı ile betimlenir. Güçlü etkileşim, gluonlar tarafından taşınan ve kuarklar ile antikuarklara, ayrıca gluonların kendilerine etki eden kuvvettir. Gluon, Latince kökenli bir kelime olup, İngilizcedeki Glue kelimesinin köküdür ve yapışkan madde anlamını karşılamaktadır.

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">Nükleon</span> atom çekirdeğinin temel parçaları

Nükleon, nötron ve protonların ortak ismidir. Nükleon, nötron ve protonun toplamıyla bulunur. Nükleonlar, atom çekirdeğinin temel parçalarıdır ve 1960'lara kadar bunların temel parçacıklar olduğu düşünülüyordu. Yine o günlerde etkileşimleri güçlü etkileşimler olarak adlandırılıyordu. Bugün ise kuark ve gluonlardan oluşan bileşik parçacıklar olarak bilinmektedirler. Nükleonlar, atomaltı parçacıkların baryon sınıfına aittirler.

Gökbilim ve evrenbilimde baryonik karanlık madde, baryonlardan oluşan karanlık maddedir. Evrendeki karanlık maddenin yalnızca küçük bir kısmının baryonik karanlık madde olduğu tahmin edilmektedir.

<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">Renk hapsi</span>

Renk hapsi veya basitçe hapis, renk yüklü parçacıkların tek başlarına izole edilemeyeceğini, dolayısıyla doğrudan gözlenemeyeceğini söyleyen fiziksel olaydır. Kuarklar bir araya kümelenerek grupları veya hadronları oluştururlar. Bir kuark ve bir antikuarktan oluşan mezonlar ve üç kuarktan oluşan baryonlar olmak üzere hadronların iki türü bulunur. Bir gruptaki bileşen kuarklar ana hadrondan ayrılamazlar. Bu sebeple kuarklar hiçbir zaman hadron seviyesinin dışında doğrudan yolla gözlenemez ya da incelenemez.

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

Baryon sayısı veya baryon numarası, parçacık fiziğinde bir sistemin kesinlikle korunan toplam kuantum sayısıdır. Tanımlanması

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

Pentakuark, birbirlerine bağlı durumdaki dört kuark ile bir antikuarktan oluşan atomaltı parçacıktır. Kuarkların +1/3, antikuarkların ise - 1/3 baryon sayısına sahip olmalarından ötürü pentakuarkların toplam baryon sayısı 1'dir ve bu da pentakuarkların baryon olarak tanımlanmasını sağlar. Normal baryonların aksine üç değil de beş kuark bulundurmasından ötürü egzotik baryon olarak sınıflandırılır.

<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.

Kuark dönemi, kütleçekimi temel kuvvetler, elektromanyetizma, güçlü etkileşim ve zayıf etkileşimin günümüzdeki şekillerini aldığı; ancak evrenin sıcaklığının kuarkların birleşerek hadronları oluşturması için hâlâ çok yüksek olduğu erken evrenin bir dönemidir. Büyük Patlama'dan yaklaşık olarak 10-12 saniye sonra, elektrozayıf etkileşimin zayıf etkileşim ve elektromanyetizmaya ayrılmasıyla sona eren elektrozayıf dönemin ardından başladı. Kuark dönemi süresince evren; kuarklar, leptonlar ve bunların antiparçacıklarını içeren kuark-gluon plazması ile doldu. Parçacıklar arasındaki çarpışmalar; kuarkların, mezonlar ya da baryonları meydana getirmesi için fazla enerjiliydi. Kuark dönemi; evren yaklaşık 10−6 saniye yaşındayken, parçacık etkileşimlerindeki ortalama enerjinin, hadronların bağlanma enerjisinin altına düştüğünde sona erdi. Bu dönemden sonra, kuarkların hadronları oluşturduğu bir sonraki dönem olan hadron dönemi başladı.

<span class="mw-page-title-main">J/psi mezonu</span>

J/psi mezonu veya psion bir atomaltı parçacık. Bir tane tılsım kuark ve bir de tılsım antikuarktan oluşan bir çeşni değiştiren yüksüz mezonudur. Bir tılsım kuark ve bir tılsım antikuarkın bağlı hali ile oluşan mezonlar "karmoniyum" olarak anılır. En yaygın karmoniyum, düşük değişim kütlesi, 3.0969 GeV/c23,0969 GeV/c2 yani ηc̅ ' nin (2.9836 GeV/c22,9836 GeV/c2) biraz üzerinde, sebebi ile J/psi mezondur. Bu mezon ortalama 7.2×10−21 s7,2×10-21 s ömre sahiptir.Fakat bu süre tahmin edilen 1000 kat daha uzundur.

Ksi baryonları, birinci çeşni nesillerinden bir kuarka, daha yüksek çeşnili nesillerinden ise iki kuarka sahip, Ξ sembolüyle gösterilen hadron parçacığı ailesidir. Bu nedenlerden ötürü bu tip parçacıklar birer baryondur, toplam izospinleri 1/2'dir ve nötr olabildikleri gibi +2, +1 ya da -1 temel yüke sahip olabilirler. Yüklü Ksi baryonları ilk kez 1952'de, Manchester grubu tarafından gerçekleştirilen kozmik ışın deneyleri sırasında gözlemlenmiştir. Nötr Ksi baryonlarının ilk kez gözlemlenmesi ise 1959'da, Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda gerçekleştirildi. Kararsız durumları, bozunma zinciri sonucunda daha hafif parçacıklara bozunmaları sebebiyle geçmişte çağlayan parçacıklar olarak da anılmaktaydılar.

Omega baryonları, birinci çeşni nesillerinden (yukarı ve aşağı kuarklar) herhangi birini içermeyen, daha yüksek çeşnili nesillerinden (garip, tılsım ve alt kuarklar) üç kuarka sahip, Ω sembolüyle gösterilen hadron parçacığı ailesidir. Hadronlaşma için gereken güçlü etkileşim süresinin altında (5×10-25 s) ortalama yaşam süresine sahip olmaları nedeniyle üst kuark içeren bir omega baryonu gözlemlenmemiş ve gözlemlenmesi de beklenmemektedir. Bu nedenlerden ötürü bu tip parçacıklar birer baryondur, toplam izospinleri 0'dır ve nötr olabildikleri gibi +1 temel yüke sahip olabilirler. Üç garip kuarktan oluşan
Ω-
, 1964 yılında gözlemlenmiştir ve keşfedilen ilk omega baryonudur.