Bölüm 32- Madde oluşturmanın 2. adımı- Elektromanyetik kuvvet

yasliProf. Dr. İsmet GEDİK

Güçlü-etkileşimden 137 kat daha zayıf olan elektro-manyetik kuvvet, belli bir hacmi ve kütlesi olan ve bizlerin gerçek anlamda madde dediğimiz 3 boyutlu doğal sistemi oluşturan etkileşim türüdür.


Pozitif yüklü çekirdek ile ondan çok uzak bir mesafede durmaya mecbur olan negatif yüklü elektronlar arasında elektro-manyetik etkileşim kuvveti vardır ve foton denilen etkileşim faktörüyle ilişkilerini düzenlerler. 


Bu elektromanyetik etkileşim, güçlü etkileşimin 1/137 si kadardır, yani ona göre çok azdır.

çkirmizi


Gluon etkileşimi, foton etkileşimine göre 137 kat daha fazla olduğundan, aynı yüklü olan protonların birbirlerini itme kuvveti olan elektromanyetik kuvvete (foton etkileşimine) baskın çıkarlar ve çekirdek içinde tüm protonları (ve nötronları sıkı bir şekilde bir arada tutarlar. Elektronlar da bu baskın kuvvet nedeniyle çekirdeğe yaklaşamadan, belli bir uzaklıkta durmaya mecbur kalırlar.

Bu 1/137 katsayısı evrensel bir değer olup, fine-structure-constant = hassas-etkileşim (etkileme-ilişki-oluşturma) sabiti (katsayısı) olarak bilinir. Elektronların çekirdeğe yakınlaşmayıp, belli bir uzaklıkta bulunmaları da aynı faktörle (137nin karesi) ilgilidir.

Elektronlar foton alışverişlerini gerçekleştirirler. Bir elektronun bir foton gönderecek derecede enerji depolama eşiği  1/137 dir.

En temel enerji-alış-veriş öğesi olan Planck öğesinin, temel yük (elementary charge) denilen proton yüküne oranının karekökü de 1/137dir.

En temel element olan hidrojen atomunun çekirdek merkeziyle, (protonun merkeziyle), çevresindeki elektron arasındaki mesafeye Bohr-radius = Bohr-yarı-çapı denir ve değeri (a0) ≈  5.29177×10−11 m olarak saptanmıştır. Elektronun yarı çap değeri ise re ≈  2.81794×10-15 m olarak hesaplanmıştır. Bu iki değerin oranlarının kare-kökü 1/137 dir.

Hartree-enerjisi olarak tanımlanan Hidrojen atomunun potansiyel enerji yükü 27.2 eV; normal durumdaki elektronun enerjisi ise 511 keV’dur. Bu iki değerin oranının kare kökü de 1/137’dir.

Bu gizemli 1/137 sabiti  Fine-structure-constant =  coupling constant = etkileme-ilişki-oluşturma sabiti olarak tanımlanmıştır. Sadece kuantum fiziği ilişkilerinde değil,  Gravite-kuvveti – elektrostatik itme ilişkilerinden tutun, zayıf-etkileşim ile elektromanyetik etkileşimler arasındaki tüm doğal olay ilişkilerinde ortaya çıkan olağanüstü bir etkileşim faktörüdür.


1.png

Şekil 98: Doğadaki maddeler up ve down kuarklardan oluşurlar.  c, s, t, b simgeleriyle gösterilen diğer kuark türleri ise, maddelerin birbirlerine dönüşümlerinde çok kısa bir süreliğine oluşturulup, sonra yok olan sanal-öğelerdir.


Şekilde c, s, t, b simgeleriyle gösterilen diğer kuark türleri ise, maddelerin birbirlerine dönüşümlerinde kuantsal enerji öğeleri tarafında çok kısa bir süreliğine oluşturulup, belli bir reaksiyonu geçekleştirdikten sonra tekrar ortadan kaldırılan sanal-enerji-öğeleridirler. Dikkat edilirse, t= top-kuark denilen öğe ve onun eşi olan b-kuark protondan bile daha fazla bir enerji-potansiyeline sahiptirler ve çekirdek reaksiyonlarında çok kısa bir süreliğine devreye sokulurlar ve sonra sönümlenirler.

Yani atom-altı-öğeler dünyasını oluşturan varlıklar da, sürekli değişim-dönüşüm içinde olan varlıklardır, canlıdırlar ve doğadaki tüm diğer canlı sistemleri onlar oluştururlar.


2.pngŞekil 99: Şekilde kuantların daha rahat bir duruma ulaşabilmek için oluşturdukları ilk üst-sistem öğeleri olan kuarklar ve leptonlar gösterilmiştir.


Atom-altı-öğeler diğer bir sınıflama türünde Kuarklar ve Leptonlar olarak iki gruba ayrılırlar. Kuarklar atom çekirdeklerini oluştururlar ve “strong force = güçlü etkileşim” etkisi altındadırlar.

Leptonlar ise elektromanyetik kuvvet etkisiyle, farklı atom çekirdeklerini birbirlerine bağlarlar, yani molekül oluştururlar.

Bunu şu deneylerden anlıyoruz. Doğadaki maddeleri oluşturan proton, nötron, elektron gibi öğelerin nelerden oluştuğunu anlayabilmek için CERN gibi laboratuvarlarda deneyler yapılmaktadır. Bu deneylerde atom dediğimiz temel elementler ve onların alt-öğeleri olan proton, nötron elektron gibi öğeler birbirleriyle çarpıştırılarak, ne tür daha küçük öğelerden oluştukları saptanmaya çalışılmaktadır.

Yıllar süren araştırmalar sonunda şimdilik elektronların (lepton grubu) kendilerine has özel öğeler oldukları ve daha küçük sistemlere bölünmedikleri, ama proton ve nötronların birbirlerine çok yakın ve benzer bileşimli quark (kuark) adı verilen daha ufak öğelerden oluştukları gözlemlenmiştir.

Kuarklar atom dediğimiz en temel madde parçalarının çekirdeğini yani ana-kütlesini oluştururlar. Leptonlar ise bu çekirdekleri birbirlerine bağlayarak bizlerin aşina olduğu, su, tuz, mineral vs. gibi maddelerin ortaya çıkmasını sağlarlar. 

Hem kuantlar hem leptonlar üç farklı enerji potansiyelinde oluşturulmuşlardır.

Yüksek enerjili kuarklar Top ve Bottom kuarklardır.

Orta derece enerjili olanlar Charm ve Strange kuarklarıdır.

En düşük enerjili kuarklar ise Up ve Down kuarklarıdır. Doğadaki varlıklar oluşturan proton ve nötronlar bu en düşük enerjili up ve down kuarklardan oluşurlar.

Şimdi akla şu soru gelir: Madem doğa sadece bu en düşük enerjili up ve down kuarktan oluşuyor, öyleyse diğer çok enerjili kuarklar ne işe yararlar?

Bu sorunun yanıtını yukarıda sözü edilen “tünelleme etkisi” olayında buluruz.


3.gif

Şekil 100: Tünelleme olayında, daha ergonomik bir yere ulaşmak isteyen bir atom-altı-öğesi engeli aşmasına yetecek kadar bir enerjiyi sanal öğeler denilen bir sistemden alır.


Tünelleme olayında, daha ergonomik bir yere ulaşmak isteyen bir atom-altı-öğesi engeli aşmasına yetecek kadar bir enerjiyi sanal öğeler denilen bir sistemden alır. Yani kuantsal sistemde yedek enerji deposu işlevi gören sistem vardır. Yüksek enerjili kuarklar, proton, nötron gibi çekirdek öğelerinin parçalanmaları sırasında oluştuklarına göre, bu yedek enerji deposunun atom çekirdeklerinde depolanan strong-force = güçlü etkileşimden kaynaklanması beklenir.

Çok yüksek enerjili kuarklar, normal maddelere radyasyonla başka enerji öğelerinin çarpması sonucu oluşurlar. Yani doğada maddeleri oluşturan atomların içlerindeki proton-nötron gibi öğeler sabit- değişmez değiller. Tam tersine doğadaki radyasyonlarla değişip-dönüşüyorlar. Bu değişim-dönüşümlere en çok şimşekli-fırtınalı havalarda ve gama ışınları vs gibi radyasyonlara maruz kalan varlıklarda rastlanılır.

Leptonların da üç farklı enerji düzeyine sahip öğeleri vardır. Ve doğadaki normal maddelerin yapısında en düşük enerji düzeyine sahip olan elektronlar bulunur.

Yani doğal sistem en ergonomik öğeler kullanılarak oluşturulmuştur. Ama bu en ergonomik bileşenli öğeler, evrensel ölçekte bir enerji dengeleme sistemi denetimi altındadırlar. Evrensel ölçekte bu enerji dengeleme sisteminin ajanları ise nötrino denilen bir nötr lepton öğesidir.

Yani atomlar 10-13 milyar yıl önceleri doğmuşlardır. Ve o zamandan beri dünyada hayat başlamıştır, çünkü atomlar da, kuantsal sistem gibi canlıdırlar.

Görüldüğü üzere, doğada sadece proton, nötron, elektron gibi gerçek (reel) ögeler değil, birçok da, W+, W-, Z bozon gibi sanal öge (virtual particle) bulunmaktadır. 

Sanal ögeler, saniyenin çok çok küçük bir süresince bir reaksiyona katılırlar ve hemen sonra tekrar kaybolurlar.  W+, W- ögelerinin, biri “madde” diğeri anti maddedir. Aynı şekilde elektron madde, pozitron anti maddedir. (Nötrino madde, anti nötrino anti madde.) Yani, bilgi ve olasılık hesapları yaparak doğa ve dünyamızı oluşturan kuantsal sistem, madde ve anti madde karışımı ve etkileşmesi içindedir.

Enerjinin kuvvet-sistemlerine dağıtımı:

Fizik araştırmaları doğada 4 farklı kuvvet veya etkileşim-sistemi olduğunu ortaya çıkarmıştır. Bunlar

1-) Strong-Force = Güçlü-etkileşim (Çok küçük boyutta, yani sadece atom-çekirdeklerinde etkilidir)

2-) Electromagnetic-Force (Her boyutta etkili)

3-) Weak-Force = zayıf-etkileşim (Çok küçük boyutta, yani proton veya nötronların içinde etkilidir)

4-) Gravity-force= Yer-çekimi (Her boyutta etkili)

Devamı var.

Bir Cevap Yazın

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

%d blogcu bunu beğendi: