İçeriğe atla

Standart Model

Parçacık fiziğinin
standart modeli
Alt yapı
Parçacık fiziği
Kuantum alan kuramı
Ayar kuramı
Kendiliğinden simetri kırılması
Higgs mekanizması
Bileşenleri
Elektrozayıf etkileşme
Kuantum renk dinamiği
CKM matrisi
Sınırları
CP ihlâli
Sıradüzen sorunu
Nötrino salınımları
Kuramcılar
Sudarshan · Marshak · Feynman · Gell-Mann · Sakata · Glashow · Zweig · Nambu · Han · Cabibbo · Weinberg · Salam · Kobayashi · Maskawa · 't Hooft · Veltman · Gross · Politzer · Wilczek · Riazuddin
Başlığın diğer anlamları için Model (anlam ayrımı) sayfasına bakınız.

Standart Model, gözlemlenen maddeyi oluşturan, şimdiye dek bulunmuş temel parçacıkları ve bunların etkileşmesinde önemli olan üç temel kuvveti açıklayan kuramdır.

Sözü geçen üç temel kuvvet; elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet (elektro-zayıf kuvvet) ve güçlü nükleer kuvvettir. Standart Model'in en büyük başarısı şimdiye dek birçok kez sınanmış olmasına rağmen atom altı parçacıkların özellikleri ile aralarındaki etkileşmelerine ait gözlenebilir nicelikleri büyük hassaslıkta tahmin edebilmesidir. Bununla birlikte yapılan daha hassas deneyler ile Standart Model'in öngördüğü değerler arasında farklar bulunmaktadır. Bunlara ek olarak Standart Model'in temel birçok eksik tarafı vardır.

Standart Model'in içeriği

Standart Model'e göre evren birbirinin kopyası gibi duran 3 tane aileden oluşmaktadır. Birinci aile etrafımızda gördüğümüz maddeyi oluşturmaktadır. İkinci ve üçüncü aileler birinci aileden daha ağırdırlar. Her ailede 2 kuark (yükleri 2e/3, -1e/3), 2 lepton (yükleri -1e, 0e) ve bunlarin anti parçacıkları vardır. Mesela '' parçacıkları 1. aileyi oluşturmaktadırlar. '' parçacıkları 2. aileyi oluşturmaktadırlar ve '' 3. aile olarak sınıflandırılır. 2. aile üyeleri 1. den ve aynı şekilde 3. aile de 2. den daha ağır olmalarıyla beraber, temel özellikleri aynıdır. Bu yüzden Standart Model en basit haliyle bir aile için yazılır ve 3 aileli duruma genişletilir.

  • Standart Model parçacıkları ve etkileşimleri
    Standart Model parçacıkları ve etkileşimleri

Bu sınıflandırmada karşılaşılan bir küçük zorluk, farklı ailelerde aynı yerde olan kuarkların birbirlerine karışmalarıdır. Mesela d, s ve b birbirine karışırlar. Bu karışım matematiksel olarak 3x3 bir üniter matrisle ifade edilir. 2 aileli durum için ilk defa Nicola Cabibbo tarafından yazılan bu matris, 3 aileli duruma Makoto Kobayashi ve Toshihide Maskawa tarafından genelleştirdiği için onların isimlerinin baş harfleri ile anılır: CKM matrisi.

Yukarıda bahsi geçen bütün kuarklar ve leptonlar elektromanyetizma ve zayıf nükleer gücün birleşimi olan elektro-zayıf kuvvet ile etkileşirler. Bu kuvveti bozonları taşırlar. İlaveten, kuarkların sadece kendi aralarında etkileşmelerini sağlayan bir kuvvet daha vardır. Buna güçlü etkileşim denir; taşıyıcıları (gluon) lardır. SM bu iki kuvvetin etkilerini Kendiliğinden Simetri Kırılması (KSK) ile birlikte anlatır.

Higgs bozonu

Standart Model temel olarak SU(3)×SU(2)×U(1) ayar gruplarına ait simetrileri içeren bir kuantum alan teorisidir. Bu simetri modelin en temel simetrilerinden birisidir ve parçacıklar kendi aralarında bu ayar simetrilerinin sonucu olarak etkileşmelere ya da yukarıdaki kuvvetleri alıp vermektedirler. Standart Model'i ifade eden denklem içerisine Standart Model parçacıklarına ait kütle terimleri ayar simetrilerini kırmadan eklenememektedir. Fakat 1964 yılında üç farklı grup tarafından Robert Brout ve François Englert, Peter Higgs ve Gerald Guralnik, C. Richard Hagen ve Tom Kibble tarafından yayınlanan makaleler ile ayar alanlarının kuantumlarının yanında tüm madde alanlarına kütle kazandırabilecek ve 4 serbestlik derecesine sahip skaler ve daha sonra Higgs alanı adı verilen ekleme yapılmıştır.[1] Bu ekleme ile skaler Higgs alanı uygun bir potansiyel ile vakum beklenen değerinin 0'dan farklı bir yerde olması sağlanmıştır. Bu sayede 4 serbestlik derecesinden 3 adedi CERN tarafından daha önceki deneylerde keşfedilmiş olan W+/- Z0 bozonlarına yapışarak kütle kazanmalarına yardımcı olmaktadır. Geriye kalan bir serbestlik derecesi Standart Model'in bir öngörüsü olarak kendisi ile etkileşmeye girmekte ve 0-spine sahip skaler bir parçacığın kütle kazanmasına sebep olmaktadır. Bu parçacığa da Higgs parçacığı adı verilmiştir.

Standart Model'in varlığını öngördüğü Higgs bozonunun 14 Mart CERN Bilimsel Araştırma Merkezi'nin yaptığı açıklama ile kesin olarak bulunduğu bildirildi.[2]

Nötrino kütlesi

SNO ve SuperKamiokande deneyleri daha önce sanılanın aksine, yüksüz leptonların () çok da küçük olmasına rağmen bir kütleye sahip olduklarını keşfettiler. Standart Model'de bu durum öngörülmemiş olsa da, basit bir ekleme ile bu problem çözülebilir.

Standart Model'in eksikleri

Standart Model'in başarılarının yanı sıra temel bazı eksiklikleri vardır. Bunlar aşağıdaki gibi sıralanabilir:

  • Higgs kütlesindeki hiyerarşi sorunu
  • Elektrozayıf ve Güçlü Nükleer Kuvvetlerin daha yüksek enerjilerde birleşmemeleri
  • Fermiyon kütleleri ile bunların birbirleri ile olan karışımlarının rastlantısal gibi görünmesi
  • Evren'de gözlenen madde - karşı madde orantısızlığı
  • Standart Model içinde deneyler ile yerleştirilmiş 20 tane sabit vardır. Standart Model bu sabit katsayıların değerlerini öngörememektedir. Standart Model'in öngörüleri için bazı deneylerin sonuçlarına ihtiyaç olması
  • Kütle çekim kuvveti (gravitasyon) için hiçbir şey söylememesi
  • Nötrinoların barındırdığı çok küçük de olsa kütle hakkında bir açıklama yapamaması ve nötrino osilasyonu hakkında bir şey söylememesi
  • Kuarkların teoriye dışarıdan ithal edilmesi

Standart Model ötesi modeller

Standart Model'in bahsi geçen sorunlarını çözmek için yüksek enerjilerde geçerli olacak ve düşük enerji değerlerinde Standart Model'e dönüşen yeni modeller ortaya atılmıştır. Bunlardan birkaçı aşağıdadır:

Kaynakça

  1. ^ İngilizce Vikipedi'de bulunan 14 Ağustos 2013 tarihli 1964 PRL symmetry breaking papers maddesi.
  2. ^ "New results indicate that new particle is a Higgs boson" (İngilizce). web.cern.ch. 14 Mart 2013. 20 Ekim 2015 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 13 Ağustos 2013. 

Dış bağlantılar

İlgili Araştırma Makaleleri

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.

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.

<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.

Tau; tau leptonu, tau parçacığı veya tauon olarak adlandırılır. Tau negatif yüklü, elektron benzeri bir temel parçacıktır. Yarım spinlidir. Elektron, müon ve üç nötrinolara birlikte tau lepton kategorisindedir. Tau da tüm parçacıklar gibi, bir antimadde karşılığına sahiptir; Tau'nun bu durumuna "antitau" denir..

Lepton, temel parçacıklardan birisidir ve maddenin yapı taşıdır. En çok bilinen lepton, atomda bulunarak atomun kimyasal özelliklerini belirleyerek neredeyse tüm kimyayı oluşturan elektrondur. İki temel lepton sınıfı vardır: yüklü leptonlar ve nötr leptonlar. Yüklü leptonlar diğer parçacıklarla birleşerek atom ya da pozitronyum gibi bileşik parçacıklar meydana getirirken nötrinolar diğer parçacıklarla etkileşime girmezler ve bu sebepten algılanmaları çok zordur.

Süper simetri, parçacık fiziğinde uzay-zaman simetrisinin karşılığıdır. Bu iki temel parçacıktan oluşur.

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.

'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.

<span class="mw-page-title-main">Higgs bozonu</span> atom altı parçacık

Higgs bozonu; Peter Higgs, Gerald Guralnik, Richard Hagen, Tom Kibble, François Englert ve Robert Brout tarafından Standart Model'deki fermiyonlara kütle kazandırmak için varlığı öne sürülmüş, spini 0 (sıfır) olan parçacık. H veya h olarak kısaltılır. Aralık 2011'de o zamanlar iki ana deneyin sözcüleri birbirlerinden bağımsız sonuçlara dayanarak Higgs parçacığının 125 GeV/c2 değerinde bir kütleye sahip olabileceğini belirtti. Ayrıca yaptıkları açıklamada 115–130 GeV/c2 arası hariç Higgs'in bulunmayacağı diğer kütle aralıklarının önemli ölçüde elendiğini belirttiler. BHÇ'nin kesin bir sonuç için gerekli cevabı 2012'nin sonunda vereceği söylendi. 22 Haziran 2012'de CERN, yapılan deneylerin son durumu hakkında bir seminer verileceğini duyurdu. 28 Haziran 2012 civarlarında parçacığın bulunduğu yönünde açıklamaların geleceği medyada yayılmaya başladı fakat bunun "sadece güçlü bir sinyal" mi yoksa resmi bir keşif mi olacağı belirsizdi.

Parçacık fiziğinde şu anda bilinen ve kuramsal olan temel parçacıkları ve bu parçacıklarla oluşturulabilen bileşik parçacıkları içeren listedir.

W ve Z bozonları, zayıf etkileşime aracılık eden temel parçacıklardır. Bu bozonların keşfi parçacık fiziğinin Standart Modeli için büyük bir başarının müjdecisi oldu.

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

Parçacık fiziğinde pion π0, π+ ve π−'den oluşan üç atom atomaltı parçacığın ortak adıdır. Pionlar en hafif mezonlardır ve güçlü nükleer kuvvetin düşük enerjili durumlarını açıklamakta önemli bir rolü vardır.

<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.

Üst kuark, parçacık fiziğinde Standart Model'de tanımlanan bir parçacık. +2/3 elektrik yüküne sahip üçüncü kuşak kuarktır. 171,2 GeV/c2 kütleye sahip temel parçacık.

<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.

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

Toshihide Maskawa ö. 23 Temmuz 2021, Kyoto, Japonya 2008'de CP ihlali üzerine yaptığı çalışmalarla bilinen, "atomaltı fizikte doğada en az 3 kuark ailesinin varlığını öngören spontane kırık simetrinin kökeninin keşfi" ile Nobel Fizik Ödülü nün dörtte biriyle ödüllendirilen Japon Kuramsal fizikçidir.

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

Higgs mekanizması, parçacık fiziğinde ayar bozonlarının kütle özelliklerinin üretim mekanizmasını açıklaması açısından önemlidir.

Büyük Birleşik Teori veya Büyük Birleşik Kuram, parçacık fiziğinde; elektromanyetik, zayıf ve kuvvetli etkileşimleri tek bir güç haline getirebilecek bir modeldir. Tanımlanan bu etkileşim daha büyük ölçüdeki bir simetri ve sonuç olarak daha fazla kuvvet taşıyıcıları ile karakterize edilir fakat ortada bir tane birleştirici sabit vardır. Eğer büyük birleşme doğada gerçekleştiyse, bu birleşmenin temel kuvvetlerin var olmadığı genç evrende olma olasılığı vardır.

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

Parçacık fiziğinde elektrozayıf etkileşim, doğanın bilinen iki veya dört temel etkileşiminin birleşimin bir tanımıdır: elektromanyetizm ve zayıf etkileşim. Her gün düşük enerjilerde, bu iki kuvvet çok farklı oluşsa da, teori modelleri aynı kuvvetin iki farklı etkisi gibidir. Yukarıdaki birleştirme enerjisi, yaklaşık 100 GeV, tek bir elektrozayıf kuvvet oluşturabilir. Bu yüzden, eğer evren yeterince sıcaksa (Big Bang'den kısa bir sonra olan bir sıcaklık ortalama 1015 K), elektromanyetik kuvvet ve zayıf kuvvet birleşmiş bir elektrozayıf kuvvete dönüşür. Elektrozayıf dönem boyunca, zayıf kuvvet güçlü kuvvetten ayrılır. Kuark dönem boyunca, elektrozayıf kuvvet elektromanyetik ve zayıf kuvvetten ayrılır.

Parçacık fiziğinde, vektör bozon, spini 1' e eşit olan bozondur.Standart Modelde temel parçacık olarak değerlendirilen vektör bozonlar ayar bozonlarıdır.Ayar bozonları, elektromagnetizmanın fotonlarının, zayıf etkileşimlerin W ve Z bozonlarının temel etkileşimlerinin kuvvet taşıyıcılarıdır. Bazı bileşik parçacıklar vektör bozondur. Misal, bütün vektör mezonlar vektör bozondur.


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.