Bhabha Saçılması (Çift yokoluş ve Çift oluşumu. Moller Saçılması (Coulomb Saçılması) OMÜ_FEN

Transkript

1 Geometrodynamics: Genel Görelilik Teorisi Gravitasyon parçacık fiziğinde önemli bir etki oluşturacak düzeyde değildir. Çok zayıftır. Elektrodinamiğin kuantum teorisi Tomonaga, Feynman ve Schwinger tarafında 1940 lı yıllarda yapılmıştır. Zayıf etkileşmenin teorisi çeşni dinamiği (Flavordynamics, Glashow-Weinberg-Salam, GWS) olarak bilinmektedir. GWS modeline göre, zayıf ve elektromagnetik kuvvetlerin tek bir elektro zayıf kuvvetin farklı iki görünümüdür. Güçlü kuvvetler için, Yukawa nın ilk teorisinden sonra 1970 lerin ortalarında ortaya çıkan renk dinamiği (chromodynamics) teorisine kadar bir teori yoktu.

2 Kuantum Elektrodinamiği (QED) QED en eski, en basit, ve en başarılı dinamik teoridir. Diğerleri bundan esinlenerek modellenmişlerdir. Tüm E.M. olaylar aşağıdaki temel sürece indirgenebilinir: Burada bir e etkileşime girer, bir foton yayar veya soğurur ve çıkar. Burada e yerine kuark veya başka herhangi bir lepton da olabilir. Daha karmaşık süreçleri göstermek için bu temel şekilden (vertex) birden fazlası birleştirilir. OMÜ_FEN Moller Saçılması (Coulomb Saçılması) Bhabha Saçılması (Çift yokoluş ve Çift oluşumu

3 Bu diyagramlara Feynmann diyagramları denilir. Bu diyagramlar tamamen semboliktir ve parçacıkların yörüngelerini temsil etmez. Bu diyagramlarda düşey eksen zamanı gösterir, yatay eksenin herhangi bir anlamı olmayıp parçacıklar arası uzaklığı göstermemektedir! Diyagramlarda zamanda geriye doğru giden olarak gözüken parçacıklar, esasen parçacığın anti-parçacığını göstermektedir ve zamanda geriye gitmemektedirler. e e e e e e

4 Feynmann diyagramlarında ters simetri şeklin döndürülmesine karşılık gelmektedir. Aynı olayı daha çok sayıda temel şekil kullanarak anlatmaya çalıştığımızda ihtimaller çoğalır. Örneğin dört ilkel ile: Herbiri Moller saçılmasını anlatan bu şekillerde iki elektron gelmekte ve iki elektron çıkmaktadır. Diyagramın içinde oluşan ve sonlanan çizgiler deneyde gözlenemeyen parçacıkları göstermektedir. Bunlara sanal (virtual) parçacıklar denilir. Sadece şekillere giren veya çıkan parçacıklar gözlenebilirlerdir. Bunlara gerçek (gözlenebilir) parçacık denilir. Dış çizgiler meydana gelen fiziksel olayı belirlerken, iç çizgiler bu olayı oluşturan fiziksel mekanizmayı belirtir.

5 Herbir Feynmann diyagramı belirli bir sayıya karşılık gelir. Şekillerdeki herbir ilkelin (vertex) katkısı hesaplanır ve daha sonra bunlar Feynmann kuaralları uygulanarak toplanırlar. Esasen bir olayı anlatmak için sonsuz sayıda Feynmann diyagramları oluştura bilirsiniz. Peki aynı olay farklı sonuçları nasıl verebilir? Herbir ilkel diyagram ince yapı sabitini içerir: =1/137. bu sabit çok küçüktür ve ne kadar çok ilkel eklerseniz şekle bunların katkısı da o kadar az olacaktır. QED de dört den daha fazla ilkel şekilli Feynmann diyagramları çok nadiren vardır. Feynmann diyagramlarında da enerji ve momentum korunacaktır.

6 Kuantum Kromo (Renk) Dinamiği (QCD) QCD de renk bir yük olarak ele alınır. Temel süreç: q q+gluon şeklindedir. Leptonlar renk yükü taşımadığından güçlü etkileşimlere girmezler. İki kuark arasındaki kuvvet gluon ların değiş tokuşu ile belirlenir. Temel Diyagram (Vertex) kuark-kuark etkileşmesi QCD ile QED birbirlerine çok benzer, fakat çok önemli bir farklılık vardır. O da kuarkların 3 farklı renk yüküne (kırmızı, yeşil ve mavi) sahip olmasıdır! q q+g sürecinde kuarkın rengi değişebilir (çeşnisi değil!). OMÜ_FEN

7 Örneğin, mavi-yukarı kuark, kırmızı-yukarı kuarka dönüşür ve renk daima korunması gerektiğinden aradaki farkı gluon taşır. Dikkat! gluon çift renklidir! Gluonlar da renk taşıdıklarından, kendi aralarında da çiftlenebilirler ve gluon-gluon köşeleri (vertice) oluşur: Üçlü köşe Dörtlü köşe Bu köşelerin varlığı gluon topları (glueballs) denilen, etkileşen gluonların bağlı durumlarını gösteren ve kuarkların olmadığı bir yapının varlığını gösterir.

8 QED ve QCD arasındaki bir diğer önemli fark çiftlenim sabitidir. QED için =1/137 ve QCD için s. İki proton arasındaki etkileşme için s in değeri 1 den büyüktür. Böyle olması QCD de Feynmann diyagramlarının kullanışsız olmasına neden olur. Fakat sonraları s nin sabit olmayıp etkileşen parçacıklar arasındaki uzaklıkla değiştiği bulundu. s, Nükleer fiziğin karakteristik uzaklıklarında (çekirdek boyutu mertebesinde) büyük bir değere sahipken, küçük uzaklıklarda (protonun boyutundan daha küçük) oldukça küçük bir değere sahiptir. Bu olay asimptotik özgürlük olarak bilinir. QED ve QCD arasındaki önemli farklardan biri de, bir çok parçacık elektrik yükü taşısa da doğal olarak var olan hiçbir parçacığın renk yükü taşımamasıdır. Kuarklar baryon ve mezonlar içerisinde hapsoldukları için laboratuvar ortamında QCD nin incelenmesi dolaylı yollardan olmaktadır.

9 p-p arasındaki güçlü etkileşmenin Feynmann diyagramı: