c) Güçlü Nükleer Kuvvet: Çekirdek içindeki protonlar,elektromanyetik kuvvetin birbirlerini itmesi sonucu,çekirdeğin dağılmasını gerekli kılarken, protonların çekirdek içinde bir arada olmaları ancak bu kuvvete karşı gelebilecek daha yüksek bir kuvvetin varlığı ile açıklanmaktadır.
İşte bu kuvvete güçlü çekirdek kuvveti adı verilir ve proton ile nötronları ayrıca bunları meydana getiren quarkları birbirlerine bağlayarak atom çekirdeğinin yerinde kalmasını zorunlun kılan doğanın en güçlü kuvvetidir. Menzili 10 üssü (- 13) cm.den az olup,kütlesiz ve yüksüz olan (1) dönmeli foton(bozon) olan Gulonlar tarafından taşınmaktadır. Ayrıca bu kuvvet elektro manyetik kuvvetlerden 10 üssü 2 defa, zayıf kuvvetten 10 üssü 6 ile 10 üssü 10 defa ve gravitasyonel kuvvetlerden de 10 üssü 38 kez daha şiddetlidir.
Örnek reaksiyon olarak ; bozunma zamanı 10 üssü (-23) olan 1 anti protonun,negatif yüklü piona ve nötr piona dönüşümünü verebiliriz.

Nasıl ki gravitasyonel kuvvet kütleye,elektromanyetik kuvet de yüklü parçacıklara etkinse (aslında kütle çekim dışındaki üç kuvvet de yüklü parçacıklar üzerine etkindir. Fakat yüklü parçacıklar arasındaki sınıflandırma dolayısıyla daha detaya indirgenebilmektedir.) şiddetli kuvvet de,Baryonlar,Mezonlar,Hadronlar üzerine etkindir.
Fermiyonlar ise ;kuarklar,leptonlar baryonlar,mezonlar,hadronlar,hiperonlar gibi maddi parçacıklardır.
Şimdi de bunları irdeleyelim;
Nükleonları (atom çekirdeğinin diğer adıdır.) meydana getiren proton ve nötronları birleştirerek oluşturan quarklar üç grupta toplanırlar:
I.grup; u ve d quarklarının antileri ile birlikte oluşturdukları gruptur.Yukarı ve aşağı quarklar da denilen bu parçacıklardan  u =2é/3 yüke, d=-é/3 yüküne sahiptir. Antileri ise bunların ters işaretlisidirler.

II. grup quarklar,Tılsımlı (c),garip (s) kuarklarının antileri ile birlikte oluşturdukları gruptur. Aynı şekilde c=2é/3 yüke, s=-é/3 yüküne eşittir.
Antileri ise bu yüklerin ters işaretlisidir.

III. grup quarklar da, üst (t),alt (b) kuarklarının antileri ile oluşturdukları t=2é/3 yüküne,b=-é/3 yüküne sahip quarklarıdır. Yine antileri bu yüklerin ters işaretlisi olup toplam quark sayısı 6 iken,antileri ile birlikte 12 çeşit quarkı meydana getirir. Bunun yanı sıra bir kuarkın birtakım fiziksel özellikleri renklerle ifade edilerek,kırmızı ,yeşil ve mavi ,antileri de antikırmızı,anti yeşilve anti mavi isimlerini alırlar.Bunu göz önünde bulundurarak 6 kuarkın herbirinin üç farklı renk özelliğinden dolayı 18,zıtlarıyla beraber de 36 tane farklı quark ortaya çıkar. Quarklar birleşerek çeşitli kombinezonları ,çeşitli parçacıkları meydana getirir.Bunlar da sırasıyla ;mezonlar,baryonlar,hadronlar,hiperonlar, dolayısıyla nükleonlardır.

1. MEZONLAR;iki quarkın çeşitli kombinezonlarından meydana gelmişlerdir. Kuark-kuark birleşimi olabileceği gibi,kuark-antikuark birleşimi şeklinde de olabilmektedir. Mezonlar da fotonlar gibi, tamsayılı spinlere sahiptir. S=0,1,2,…vb).buna örnek vermek istersek; pi mezonu (diğer ismi ile pion) bir (u) quarkı ile bir anti (d) quarkının birleşmesiyle meydana gelen parçacık olması gibi, pi,eta,ro,omega,kapa da çeşitli mezon tipleridir.

2. BARYONLAR ; 3 Quarkın çeşitli kombinezonlarından meydana gelirler. Fakat mezonlar gibi, içinde anti quark barındırmazlar.Bunların spinleri ise kesirli olup (1/2,3/2,5/2…vb) gibidir. Proton,nötron,delta,lambda,sigma,parçacıklarını baryon çeşitleri olarak verebiliriz. Bir proton 2 tane (u) ,bir tane (d) kuarkının birleşmesiyle meydana gelirken (yük toplamı +1 yapar ki protonlar +  yüklüdür.) Aynı şekilde bir nötron da iki tane (d) ile bir tane (u) kuarkının birleşmesinden meydana gelir. Bunun da yük toplamı sıfırdır ki, nötronlar da yüksüzdür.

3.HİPERONLAR ; Muon ve Tau’lar ağır elektron, Kapa (diğer ismi kaon) ve Eta parçacıkları pi mezonların ağır parçacıkları ise, hiperonlar da ağır proton parçacıkları olup aynı rolü oynarlar.

4. LEPTONLAR; Sadece ½ dönmeli parçacıklar olup temel parçacıkları yoktur (dolayısıyla ne quarklardan ne de başka bir parçacıktan meydana gelmemişlerdir.) Bu sınıfta yer alan parçacıklar; elektron,yüksüz elektron nötrinosu,(-1) yüklü müon ,yüksüz müon nötrinosu,(-1)yüklü tau,nötr tau nötrinosudur.
Mezonlarla ,baryonların ortak ismi ise “Hadron”olmaktadır.

Bununla birlikte , güçlü çekirdek kuvveti “kapatma” denen garip bir özelliğe sahiptir. Buna göre parçacıklar birbirlerine, her zaman renksiz sonuçlanacak birleşimlerle bağlanırlar. Mesela bir quark,hiçbir zaman kendi başına bulunamaz. Aksi halde,kırmızı,yeşil ve mavi renkli olması gerekir.(Bu renk durumu gerçekten parçacıklar renkli oldukları için değil,olayı betimlemek,kavramak için var sayılan bir kavramdır.) Bu yüzden kırmızı bir quark bir yeşil ve bir mavi quarkla gulonlar dizisiyle bağlanır. Yani,kımızı+yeşil+mavi =beyaz. Böylece üçlü bir kuark birleşimi proton ve nötronu oluşturmuş olurlar.

Başka,mezon olarak adlandırılan olası bir diziliş de ,kırmızı+karşı kırmızı veya yeşil-karşı yeşil ya da mavi+karşı (anti) mavi =beyaz olan çiftler gibi. Fakat mezonlar kararsız parçacıklar oldukları için ömürleri çok kısadır. Bu yüzden quarklar karşı kuarklarla birleşip birbirlerini yok ederek,elektron ve diğer parçacıklara dönüşmesine neden olur.

Kapatma ilkesi benzer biçimde gulonların da tek başlarına bulunmalarına izin vermemektedir. Çünkü onlar da renkleri yüzünden ancak beyaz rengi doğuracak renk topluluğu içinde bulunmak zorundadırlar. Böyle bir topluluk  “yapışkan top” ismiyle adlandırılan kararsız bir parçacığın oluşmasına neden olur (yani bu parçacığı oluştururlar). Kapatma ilkesinden dolayı, quarklar ve gulonlar tek başlarına gözlenmemelerine rağmen, olağan enerji düzeylerinde güçlü çekirdek kuvvetleri,quarkları birbirlerine sıkıca birbirlerine bağlamasına karşın, olağan üstü enerji düzeylerinde bu kuvvet çok zayıflayarak quark ve gulonların sanki özgür parçacıklarmış gibi davranmasını sağlar. Ayrı bir deyişle, özgür olmak demek,quarkların birbirlerine yaklaştırıldıkları zaman aralarındaki kuvvetin elektromanyetik ve gravitasyonel kuvvetlerde olduğu gibi uzaklığın karesi ile ters orantılı olarak artması değil,azalması demektir. Bunun gibi quarkların arasındaki mesafeyi artırdığımızda ise, bu kuvvet  azalmaya değil artmaya başlar. Ve bir quarkla bir anti kuark birbirlerinden uzaklaştırılırlarsa daha çok alan yaratarak,sonunda yeni bir quark ve anti kuark çifti oluşmasına neden olur.

d) Zayıf Nükleer Kuvvet: Adı “zayıf kuvvet” olmakla birlikte, gravitasyonel kuvvetten 10 üssü 32 kat defa daha şiddetlidir. Lepton,mezon ve baryonlar gibi,tüm elemanter parçacıklara etki eder. Pek çok parçacığın ve hatta pek çok tuhaf atom çekirdeğinin kararsız olmasından sorumludur. Ve bu kuvvet bir parçacığın kendisiyle akraba başka bir parçacığa dönüşmesine, bu arada bir elektron ile bir nötrino çıkartmasına neden olur. Güneşte de bu kuvvet çok etkindir. Özellikle güneşin çekirdeğinde hidrojenin helyuma dönüşmesinden, yani çekirdekteki reaksiyonlardan sorumludur. Ayrıca bu kuvvet atom çekirdeklerini bir arada tutan şiddetli etkileşim,atomların ve moleküllerin yapısını ayakta tutan elektromanyetik etkileşim ve gezegenleri,yıldızları galaksileri bir arada tutan yer çekimi etkileşimi gibi olmayıp,yalnızca belirli bir parçacık çarpması ve bozunması sırasında (başka temel parçacıklarına dönüşmesi) ortaya çıkmaktadır. Bu kuvvetin menzili 10 üssü (-17) cm den kısa olup (çünkü diğer üç kuvvetin taşıyıcısı olan parçacıklar gibi kütlesiz değil) (1)dönmeli parçacıklar olan 81 gev’lik(1 gev =1 milyar elektron volt enerji demektir) kütleye sahip (+) yüklü (w), (-) yüklü (w) ile  93 gev’lik kütleli (yüksüz) nötr (z) bozonları tarafından taşınır. Yani,yaklaşık olarak (w)’ lar bir protonun 81,(z) de 92 katına eşittirler. Örneğin;(+w) bozonu nötronu protona (ki bir nötron,bir proton,bir elektron ve bir antinötrino salarak 3 parçacık şeklinde belirir) (-w) da  protonu nötrona (ki bir proton (-w) parçacıkları salarak bir nötrona,bir antielektron olan pozitrona ve bir nötrinoya dönüşür)ya da tam tersi olarak (kafada daha iyi canlandırmak için) bir proton,bir elektron ve bir anti nötrino,(+w) parçacıkları ile birleştirilerek bir nötrona dönüşür.
Bunun yanında,nötr (z) parçacık bozunmasıyla hiçbir ilişkisi olmayan bir başka tür zayıf kuvvetten sorumludur. Yani bu yüksüz akım, diğer parçacıkların kimliklerini değiştirmeden nötrinolorla etkileşmesine izin verir.

Zayıf nükleer kuvvet,çekim kuvveti ya da foton gibi parçacıklarla etkileşmeyip sadece spinleri (1/2) maddi parçacıkları olan ,elektron,muon,taun,nötrinodan oluşmuş lepton ailesine etkilidirler. (Nötr z) etkileşimine örnek olarak,bir elektronun ,bir mü nötrinosuna yaklaşırken ,(nötr z) parçacığı değiş tokuş edilerek birbirleriyle esnek çarpışma yapıp tekrar uzaklaşması,ya da bir elektron,bir protona yaklaştığında (nötr z) akımının,neden olduğu aynı etkinin oluşması gibi.
Çekirdekteki Nükleonlarda, yani iki protonu,iki nötronu ya da bir proton ile bir nötronu,pi(nötr pi,+ yüklü pi,- yüklü pi) mezonu alışverişi ile etkileşirler. Bu etkileşme sonucunda ortaya çıkan bağlanma,çekirdek kuvvetleri olarak adlandırılır ve bunun menzili de 1.4 10 üssü –13 cm kadardır. Buna örnek olarak da , nükleonlar içindeki proton ve nötronlar arasındaki çekimin, + pi mezonların alış verişi (değiş tokuşudur ki bu kavram, takip eden yazımızda ayrıntılı açıklanmıştır.) yapması sonucu ortaya çıktığını verebiliriz. Bunun yanında, protonlar ve nötronlar sadece pi mezonlar yayınlayarak da birbirlerine dönüşebilirler. Tıpkı, protonun,bir nötron ve +yüklü pi mezonuna, nötronun da bir proton ve – yüklü pi mezonuna dönüşmesi gibi.

Temel parçacıkların bir başka sınıflandırılmasında kullanılan kavramlar ise;baryon sayısı,lepton sayısı,acayiplik sayısı ile izo spin sayılarıdır. Ayrıca bu kavramlar Reaksiyonlarda enerjinin ve momentumun korunumları gibi,hayati bir rol oynarlar.(Yani bozunma ya da çarpışma öncesi sahip oldukları özellikler ile sonrasında sahip oldukları özelliklerin sayısal toplamının eşit olması)

Bunlardan, maddenin baskınlığına Baryon sayısı denir. Örneğin; bizim çevremiz madde olduğundan baryon sayısı (+1) dir. Anti maddenin çevremizdeki varlığı da (-1) baryon sayısı ismini alır.(Yani yoktur.) Baryon olmayan parçacıklar için bu sayı sıfırdır. Aynı şekilde her lepton (+1) lepton sayısına eşittir,antisi ise (-1) sayısına. Lepton dışı parçacıkların lepton sayısı da yine sıfırdır.

Acayiplik sayısı ile izospin kavramı ise; temel parçacıkların açıklanamayan bazı özelliklerini gidermek için ortaya atılmış kavramlardır. Bunlardan izo spin parçacığın dönme hareketinin ya da spininin korunumunu hatırlatan,korunum yasasının matematiksel yapısından kaynaklanırken, acayiplik sayısı, hadronlar için tanımlanmış kuantum sayısı olup izo-spinde (ve diğerlerinde) olduğu gibi reaksiyon öncesi toplamı ile sonrası toplamı eşit ise, korunumlu değilse korunumsuz ismini alır.

 

Alıntı: Kenan Keskin

İstanbul - 08.02.2001
http://afyuksel.com