->

B?t?n maddelerin atomlardan olu?tu?unu pek ?ok ki?i okuldan iyi biliyor. Atomlar ise atomlar?n ?ekirde?ini olu?turan protonlardan ve n?tronlardan ve ?ekirdekten belli bir mesafede bulunan elektronlardan olu?ur. Bir?o?u ?????n ayn? zamanda par?ac?klardan, yani fotonlardan da olu?tu?unu duymu?tur. Ancak par?ac?klar?n d?nyas? bununla s?n?rl? de?ildir. Bug?ne kadar 400'den fazla farkl? temel par?ac?k bilinmektedir. Temel par?ac?klar?n birbirinden nas?l farkl? oldu?unu anlamaya ?al??al?m.

Temel par?ac?klar?n birbirinden ay?rt edilmesini sa?layan bir?ok parametre vard?r:

• A??rl?k.
• Elektrik ?arj?.
• ?m?r. Neredeyse t?m temel par?ac?klar?n s?n?rl? bir ?mr? vard?r ve bu s?re sonunda bozunurlar.
• D?nd?rmek. Yakla??k olarak bir d?nme momenti olarak d???n?lebilir.

Birka? parametre daha veya kuantum say?lar? biliminde yayg?n olarak adland?r?ld??? gibi. Bu parametrelerin her zaman a??k bir fiziksel anlam? yoktur ancak baz? par?ac?klar? di?erlerinden ay?rmak i?in bunlara ihtiya? vard?r. T?m bu ek parametreler, etkile?imde korunan baz? miktarlar olarak tan?t?l?r.

Fotonlar ve n?trinolar d???nda hemen hemen t?m par?ac?klar?n k?tlesi vard?r (en son verilere g?re, n?trinolar?n k?tlesi vard?r, ancak o kadar k???kt?r ki genellikle s?f?r olarak kabul edilir). K?tle olmadan par?ac?klar yaln?zca hareket halinde var olabilirler. B?t?n par?ac?klar?n farkl? k?tleleri vard?r. Elektron, n?trinoyu saymazsak en k???k k?tleye sahiptir. Mezon ad? verilen par?ac?klar?n k?tlesi elektronun k?tlesinden 300-400 kat daha fazlad?r; proton ve n?tron ise elektronun k?tlesinden neredeyse 2000 kat daha a??rd?r. Art?k protondan neredeyse 100 kat daha a??r olan par?ac?klar ke?fedildi. K?tle (veya Einstein'?n form?l?ne g?re enerji e?de?eri:

Temel par?ac?klar?n t?m etkile?imlerinde korunur.

T?m par?ac?klar?n elektrik y?k? yoktur, bu da t?m par?ac?klar?n elektromanyetik etkile?ime kat?lamayaca?? anlam?na gelir. Serbest?e mevcut olan t?m par?ac?klar, elektron y?k?n?n kat? olan bir elektrik y?k?ne sahiptir. Serbest?e var olan par?ac?klar?n yan? s?ra, yaln?zca ba?l? durumda olan par?ac?klar da vard?r; bunlara biraz sonra de?inece?iz.

Di?er kuantum say?lar? gibi spin de farkl? par?ac?klar i?in farkl?d?r ve onlar?n benzersizli?ini karakterize eder. Baz? kuantum say?lar? baz? etkile?imlerde, baz?lar? ise di?erlerinde korunur. T?m bu kuantum say?lar?, hangi par?ac?klar?n hangisiyle ve nas?l etkile?ime girdi?ini belirler.

?m?r de bir par?ac???n ?ok ?nemli bir ?zelli?idir ve bunu daha ayr?nt?l? olarak ele alaca??z. Bir notla ba?layal?m. Yaz?n?n ba??nda da s?yledi?imiz gibi etraf?m?z? saran her ?ey atomlardan (elektronlar, protonlar ve n?tronlar) ve ???ktan (fotonlar) olu?ur. Peki o halde y?zlerce farkl? t?rde temel par?ac?k nerede? Cevap basit; etraf?m?zdaki her yerde, ancak iki nedenden dolay? bunu fark etmiyoruz.

Bunlardan ilki, hemen hemen t?m di?er par?ac?klar?n ?ok k?sa ya?amas?, yakla??k 10 ?zeri eksi 10 saniyenin ?ss? veya daha az olmas? ve bu nedenle atom, kristal kafes vb. yap?lar olu?turmamas?d?r. ?kinci neden ise n?trinolarla ilgilidir; bu par?ac?klar bozunmasa da yaln?zca zay?f ve k?tle?ekimsel etkile?imlere maruz kal?rlar. Bu, bu par?ac?klar?n ?ok az etkile?ime girdi?i ve tespit edilmelerinin neredeyse imkans?z oldu?u anlam?na gelir.

Bir par?ac???n ne kadar iyi etkile?ime girdi?ini g?rselle?tirelim. ?rne?in elektron ak??? birka? milimetrelik olduk?a ince bir ?elik levha ile durdurulabilir. Bunun nedeni, elektronlar?n hemen ?elik levhan?n par?ac?klar?yla etkile?ime girmeye ba?lamas?, y?nlerini keskin bir ?ekilde de?i?tirmesi, foton yaymas? ve dolay?s?yla olduk?a h?zl? bir ?ekilde enerji kaybetmesi olacakt?r. N?trino ak???nda durum b?yle de?il; neredeyse etkile?im olmadan D?nya'n?n i?inden ge?ebilirler. Bu nedenle onlar? tespit etmek ?ok zordur.

Yani par?ac?klar?n ?o?u ?ok k?sa bir s?re ya?ar ve sonras?nda bozunur. Par?ac?k bozunmalar? en yayg?n reaksiyonlard?r. ??r?menin bir sonucu olarak, bir par?ac?k daha k???k k?tleli birka? par?aya b?l?n?r ve onlar da daha da bozunur. T?m bozunumlar belirli kurallara, yani koruma yasalar?na uyar. ?rne?in bozunma sonucunda elektrik y?k?n?n, k?tlenin, spinin ve di?er baz? kuantum say?lar?n?n korunmas? gerekir. Baz? kuantum say?lar? bozunma s?ras?nda de?i?ebilir, ancak ayn? zamanda belirli kurallara tabidir. Bize elektron ve protonun kararl? par?ac?klar oldu?unu s?yleyen bozunma kurallar?d?r. Art?k ??r?me kurallar?na tabi olarak ??r?mezler ve bu nedenle ??r?me zincirlerini sonland?ranlar onlard?r.

Burada n?tron hakk?nda birka? s?z s?ylemek istiyorum. Serbest bir n?tron da yakla??k 15 dakika i?inde bir proton ve bir elektrona bozunur. Ancak n?tron atom ?ekirde?inde oldu?unda bu durum ger?ekle?mez. Bu ger?ek ?e?itli ?ekillerde a??klanabilir. ?rne?in, bir atomun ?ekirde?inde bir elektron ve ??r?yen bir n?trondan gelen fazladan bir proton g?r?nd???nde, hemen ters bir reaksiyon meydana gelir; protonlardan biri bir elektronu emer ve bir n?trona d?n???r. Bu resme dinamik denge denir. Evrende geli?iminin erken bir a?amas?nda, b?y?k patlamadan k?sa bir s?re sonra g?zlendi.

Bozunma reaksiyonlar?na ek olarak, iki veya daha fazla par?ac?k ayn? anda etkile?ime girdi?inde ve bunun sonucunda bir veya daha fazla ba?ka par?ac?k elde edildi?inde sa??lma reaksiyonlar? da vard?r. ?ki veya daha fazla par?ac?k bir tane ?retti?inde so?urma reaksiyonlar? da vard?r. T?m reaksiyonlar g??l? zay?f veya elektromanyetik etkile?imlerin bir sonucu olarak meydana gelir. G??l? etkile?imden kaynaklanan reaksiyonlar en h?zl?s?d?r; b?yle bir reaksiyonun s?resi 10 eksi 20 saniyeye ula?abilir. Elektromanyetik etkile?im nedeniyle olu?an reaksiyonlar?n h?z? daha d???kt?r; burada s?re yakla??k 10 eksi 8 saniye olabilir. Zay?f etkile?im reaksiyonlar?nda bu s?re onlarca saniyeye, bazen de y?llara ula?abilir.

Par?ac?klarla ilgili hikayenin sonunda kuarklardan bahsedelim. Kuarklar, bir elektronun y?k?n?n ??te bir kat? kadar elektrik y?k?ne sahip olan ve serbest halde bulunamayan temel par?ac?klard?r. Etkile?imleri ancak bir ?eyin par?as? olarak ya?ayabilecekleri ?ekilde d?zenlenmi?tir. ?rne?in belirli bir t?rdeki ?? kuark?n birle?imi bir proton olu?turur. Ba?ka bir kombinasyon bir n?tron ?retir. Toplamda 6 kuark bilinmektedir. Farkl? kombinasyonlar? bize farkl? par?ac?klar verir ve kuarklar?n t?m kombinasyonlar?na fizik yasalar?nca izin verilmese de, kuarklardan olu?an olduk?a fazla par?ac?k vard?r.

Burada ?u soru ortaya ??kabilir: Kuarklardan olu?an bir protona nas?l temel denilebilir? ?ok basit; proton temeldir, ??nk? bile?en par?alar?na (kuarklar) b?l?nemez. G??l? etkile?ime kat?lan t?m par?ac?klar kuarklardan olu?ur ve ayn? zamanda temeldir.

Temel par?ac?klar?n etkile?imlerini anlamak, evrenin yap?s?n? anlamak i?in ?ok ?nemlidir. Makro cisimlerin ba??na gelen her ?ey par?ac?klar?n etkile?iminin sonucudur. D?nyadaki a?a?lar?n b?y?mesini, y?ld?zlar?n i?indeki reaksiyonlar?, n?tron y?ld?zlar?ndan gelen radyasyonu ve ?ok daha fazlas?n? tan?mlayan par?ac?klar?n etkile?imidir.

Olas?l?klar ve Kuantum Mekani?i

>

Fizik?iler maddenin yap?s?n? inceleyerek atomlar?n nelerden olu?tu?unu buldular, atom ?ekirde?ine ula?t?lar ve onu protonlara ve n?tronlara b?ld?ler. T?m bu ad?mlar olduk?a kolay bir ?ekilde at?ld? - sadece par?ac?klar? gerekli enerjiye h?zland?rman?z, onlar? birbirlerine do?ru itmeniz gerekiyordu ve sonra kendileri bile?en par?alar?na ayr?l?yordu.

Ancak protonlar ve n?tronlar s?z konusu oldu?unda bu numara art?k i?e yaram?yordu. Bile?ik par?ac?klar olmalar?na ra?men en ?iddetli ?arp??mada bile “par?alara ayr?lamazlar”. Bu nedenle fizik?ilerin protonun i?ine bakman?n, yap?s?n? ve ?eklini g?rmenin farkl? yollar?n? bulmalar? onlarca y?l ald?. G?n?m?zde protonun yap?s?n?n incelenmesi par?ac?k fizi?inin en aktif alanlar?ndan biridir.

Do?a ipu?lar? veriyor

Proton ve n?tronlar?n yap?s?n? incelemenin tarihi 1930'lara kadar uzan?yor. Protonlara ek olarak n?tronlar da ke?fedildi?inde (1932), k?tlelerini ?l?t?kten sonra fizik?iler bunun protonun k?tlesine ?ok yak?n oldu?unu g?rd?klerinde ?a??rd?lar. ?stelik protonlar?n ve n?tronlar?n n?kleer etkile?imi tamamen ayn? ?ekilde "hissettikleri" ortaya ??kt?. O kadar ?zde?tir ki, n?kleer kuvvetler a??s?ndan bak?ld???nda, bir proton ve bir n?tron ayn? par?ac???n - bir n?kleonun - iki tezah?r? olarak d???n?lebilir: bir proton elektrik y?kl? bir n?kleondur ve bir n?tron n?tr bir n?kleondur. Protonlar? n?tronlarla de?i?tirin ve n?kleer kuvvetler (neredeyse) hi?bir ?ey fark etmeyecektir.

Fizik?iler do?an?n bu ?zelli?ini simetri olarak ifade ederler: T?pk? bir kelebe?in solun sa?la yer de?i?tirmesine g?re simetrik olmas? gibi, n?kleer etkile?im de protonlar?n n?tronlarla yer de?i?tirmesine g?re simetriktir. Bu simetri, n?kleer fizikte ?nemli bir rol oynamas?n?n yan? s?ra, asl?nda n?kleonlar?n ilgin? bir i? yap?ya sahip oldu?unun ilk ipucuydu. Do?ru, o halde 30'larda fizik?iler bu ipucunun fark?na varmad?lar.

Anlay?? sonradan geldi. Bu, 1940-50'lerde protonlar?n ?e?itli elementlerin ?ekirdekleriyle ?arp??ma reaksiyonlar?nda bilim adamlar?n?n giderek daha fazla yeni par?ac?k ke?fettiklerine ?a??rmalar?yla ba?lad?. Protonlar de?il, n?tronlar de?il, o zamana kadar ke?fedilen ve ?ekirdeklerde n?kleonlar? tutan pi-mezonlar de?il, tamamen yeni baz? par?ac?klar. T?m ?e?itliliklerine ra?men bu yeni par?ac?klar?n iki ortak ?zelli?i vard?. Birincisi, onlar da n?kleonlar gibi n?kleer etkile?imlere ?ok isteyerek kat?ld?lar - ?imdi bu t?r par?ac?klara hadron deniyor. ?kincisi, son derece istikrars?zlard?. Bunlar?n en karars?z olan?, nanosaniyenin trilyonda biri kadar bir s?rede, atom ?ekirde?i boyutunda u?maya bile zaman bulamadan ba?ka par?ac?klara bozundu!

Hadron "hayvanat bah?esi" uzun bir s?re tam bir karma?a i?indeydi. 1950'lerin sonunda fizik?iler pek ?ok farkl? hadron t?r?n? ??renmi?, bunlar? birbirleriyle kar??la?t?rmaya ba?lam?? ve aniden ?zelliklerinde belirli bir genel simetri, hatta periyodiklik g?rm??lerdi. T?m hadronlar?n (n?kleonlar dahil) i?inde “kuark” ad? verilen baz? basit nesnelerin bulundu?u ?ne s?r?ld?. Kuarklar? farkl? ?ekillerde birle?tirerek, deneyde ke?fedilenlerle tamamen ayn? t?rde ve ayn? ?zelliklere sahip farkl? hadronlar elde etmek m?mk?nd?r.

Bir protonu proton yapan nedir?

Fizik?iler hadronlar?n kuark yap?s?n? ke?fettikten ve kuarklar?n birka? farkl? ?e?idi oldu?unu ??rendikten sonra, kuarklardan pek ?ok farkl? par?ac???n olu?turulabilece?i anla??ld?. Bu nedenle, sonraki deneyler birbiri ard?na yeni hadronlar bulmaya devam etti?inde kimse ?a??rmad?. Ancak t?m hadronlar aras?nda t?pk? proton gibi sadece iki taneden olu?an bir par?ac?k ailesi ke?fedildi. sen-kuarklar ve bir D-kuark. Protonun bir nevi "karde?i". Ve burada fizik?iler bir s?rprizle kar??la?t?lar.

?nce basit bir g?zlem yapal?m. Ayn? "tu?lalardan" olu?an birka? nesnemiz varsa, daha a??r nesneler daha fazla "tu?la" i?erir, daha hafif olanlar ise daha az "tu?la" i?erir. Bu, kombinasyon ilkesi veya ?styap? ilkesi olarak adland?r?labilecek ?ok do?al bir ilkedir ve hem g?nl?k ya?amda hem de fizikte m?kemmel bir ?ekilde ?al???r. Atom ?ekirde?inin yap?s?nda bile kendini g?sterir - sonu?ta, daha a??r ?ekirdekler daha fazla say?da proton ve n?trondan olu?ur.

Ancak kuarklar d?zeyinde bu prensip hi? i?e yaram?yor ve kabul etmek gerekir ki fizik?iler bunun nedenini hen?z tam olarak ??zemediler. Protonun a??r karde?lerinin de protondan bir bu?uk, hatta iki kat daha a??r olmalar?na ra?men protonla ayn? kuarklardan olu?tu?u ortaya ??kt?. Protondan farkl?d?rlar (ve birbirlerinden farkl?d?rlar) kompozisyon, ve kar??l?kl? konum kuarklar, bu kuarklar?n birbirlerine g?reli olma durumuna g?re. Kuarklar?n g?receli konumunu de?i?tirmek yeterlidir - ve protondan g?zle g?r?l?r derecede daha a??r ba?ka bir par?ac?k elde edece?iz.

E?er yine de ??ten fazla kuark? bir arada toplay?p toplarsan?z ne olur? Yeni bir a??r par?ac?k ?retilecek mi? ?a??rt?c? bir ?ekilde i?e yaramayacak - kuarklar ??e ayr?lacak ve birka? da??n?k par?ac??a d?n??ecek. Baz? nedenlerden dolay? do?a, bir?ok kuark?n tek bir b?t?n halinde birle?tirilmesini "sevmiyor"! Ancak ?ok yak?n zamanda, kelimenin tam anlam?yla son y?llarda, baz? ?oklu kuark par?ac?klar?n?n var oldu?una dair ipu?lar? ortaya ??kmaya ba?lad?, ancak bu yaln?zca do?an?n onlardan ne kadar ho?lanmad???n? vurguluyor.

Bu kombinatorikten ?ok ?nemli ve derin bir sonu? ??k?yor: hadronlar?n k?tlesi kesinlikle kuarklar?n k?tlesinden olu?muyor. Ancak bir hadronun k?tlesi, onu olu?turan tu?lalar?n basit?e yeniden birle?tirilmesiyle art?r?labilir veya azalt?labilirse, o zaman hadronlar?n k?tlesinden sorumlu olan kuarklar?n kendisi de?ildir. Ve asl?nda, sonraki deneylerde kuarklar?n k?tlesinin proton k?tlesinin yaln?zca y?zde ikisi kadar oldu?unu ve yer?ekiminin geri kalan?n?n kuvvet alan? (?zel par?ac?klar - gluonlar) nedeniyle ortaya ??kt???n? bulmak m?mk?n oldu. kuarklar? birbirine ba?lar. Kuarklar?n g?receli konumunu de?i?tirerek, ?rne?in onlar? birbirlerinden uzakla?t?rarak, gluon bulutunu de?i?tirip onu daha b?y?k hale getiriyoruz, bu y?zden hadronun k?tlesi art?yor (?ekil 1).

H?zl? hareket eden bir protonun i?inde neler oluyor?

Yukar?da anlat?lanlar?n hepsi, fizik?ilerin dilinde, dura?an bir protonla ilgilidir; bu, protonun dinlenme ?er?evesindeki yap?s?d?r. Ancak deneyde protonun yap?s? ilk kez ba?ka ko?ullar alt?nda ke?fedildi; h?zl? u?mak proton.

1960'lar?n sonlar?nda, h?zland?r?c?lardaki par?ac?k ?arp??malar? ?zerine yap?lan deneylerde, ???k h?z?na yak?n h?zda hareket eden protonlar?n, sanki i?lerindeki enerji e?it ?ekilde da??lmam?? gibi davrand???, ancak tek tek kompakt nesnelerde yo?unla?m?? gibi davrand??? fark edildi. ?nl? fizik?i Richard Feynman, i?indeki bu madde y???nlar?na proton ad?n? vermeyi ?nerdi. partonlar(?ngilizceden par?a - Par?a).

Sonraki deneyler partonlar?n bir?ok ?zelli?ini inceledi; ?rne?in elektrik y?kleri, say?lar? ve her birinin ta??d??? proton enerjisinin oran?. Y?kl? partonlar?n kuark, n?tr partonlar?n ise gluon oldu?u ortaya ??kt?. Evet, protonun dinlenme ?er?evesinde kuarklara basit?e "hizmet eden", onlar? birbirine ?eken ayn? gluonlar art?k ba??ms?z partonlard?r ve kuarklarla birlikte h?zl? hareket eden bir protonun "maddesini" ve enerjisini ta??rlar. Deneyler, enerjinin yakla??k yar?s?n?n kuarklarda, yar?s?n?n da gluonlarda depoland???n? g?stermi?tir.

Partonlar en uygun ?ekilde protonlar?n elektronlarla ?arp??malar?nda incelenir. Ger?ek ?u ki, protondan farkl? olarak elektron g??l? n?kleer etkile?imlere kat?lmaz ve protonla ?arp??mas? ?ok basit g?r?n?r: Elektron ?ok k?sa bir s?re i?in sanal bir foton yayar, bu foton y?kl? bir partona ?arpar ve sonunda bir foton ?retir. ?ok say?da par?ac?k ( ?ekil 2). Elektronun, protonu "a?mak" ve onu ayr? par?alara b?lmek i?in - ancak ?ok k?sa bir s?re i?in - m?kemmel bir ne?ter oldu?unu s?yleyebiliriz. Bu t?r s?re?lerin bir h?zland?r?c?da ne s?kl?kta meydana geldi?ini bilerek, bir proton i?indeki partonlar?n say?s? ve bunlar?n y?kleri ?l??lebilir.

Partonlar ger?ekte kimlerdir?

Ve burada fizik?ilerin temel par?ac?klar?n y?ksek enerjilerdeki ?arp??malar?n? incelerken yapt?klar? ba?ka bir ?a??rt?c? ke?fe geliyoruz.

Normal ko?ullar alt?nda ?u veya bu nesnenin nelerden olu?tu?u sorusunun t?m referans sistemleri i?in evrensel bir cevab? vard?r. ?rne?in, bir su molek?l? iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan olu?ur; sabit veya hareketli bir molek?le bak?yor olmam?z?n bir ?nemi yoktur. Ancak bu kural o kadar do?al g?r?n?yor ki! - ???k h?z?na yak?n h?zlarda hareket eden temel par?ac?klardan bahsediyorsak ihlal edilir. Bir referans ?er?evesinde, karma??k bir par?ac?k, bir dizi alt par?ac?ktan ve ba?ka bir referans ?er?evesinde ba?ka bir alt par?ac?ktan olu?abilir. ?ekline d?n??t? kompozisyon g?receli bir kavramd?r!

Bu nas?l olabilir? Buradaki anahtar ?nemli bir ?zelliktir: D?nyam?zdaki par?ac?klar?n say?s? sabit de?ildir; par?ac?klar do?up yok olabilirler. ?rne?in, yeterince y?ksek enerjiye sahip iki elektronu bir araya getirirseniz, bu iki elektrona ek olarak ya bir foton ya da bir elektron-pozitron ?ifti ya da ba?ka par?ac?klar do?abilir. B?t?n bunlara kuantum yasalar? izin verir ve ger?ek deneylerde olan da tam olarak budur.

Ancak par?ac?klar?n bu "korunmazl?k yasas?" i?e yar?yor ?arp??ma durumunda par?ac?klar. Ayn? proton farkl? bak?? a??lar?ndan nas?l oluyor da farkl? par?ac?klardan olu?uyormu? gibi g?r?n?yor? Mesele ?u ki, bir proton sadece ?? kuarktan ibaret de?il. Kuarklar aras?nda bir gluon kuvvet alan? vard?r. Genel olarak, bir kuvvet alan? (yer?ekimi veya elektrik alan? gibi), uzaya n?fuz eden ve par?ac?klar?n birbirleri ?zerinde kuvvetli bir etki yaratmas?na izin veren bir t?r maddi "varl?kt?r". Kuantum teorisinde alan, ?zel de olsa sanal par?ac?klardan da olu?ur. Bu par?ac?klar?n say?s? sabit de?ildir; s?rekli olarak kuarklardan "tomurcuklan?rlar" ve di?er kuarklar taraf?ndan emilirler.

Dayanma Bir proton asl?nda aralar?nda gluonlar?n s??rad??? ?? kuark olarak d???n?lebilir. Ancak ayn? protona farkl? bir ?er?eveden, sanki oradan ge?en bir “g?reli trenin” penceresinden bakarsak, bamba?ka bir tabloyla kar??la??r?z. Kuarklar? birbirine yap??t?ran sanal gluonlar daha az sanal, "daha ger?ek" par?ac?klar gibi g?r?necek. Tabii ki hala kuarklar taraf?ndan do?up emiliyorlar, ancak ayn? zamanda bir s?re kendi ba?lar?na ya??yorlar, ger?ek par?ac?klar gibi kuarklar?n yan?nda u?uyorlar. Bir referans ?er?evesinde basit bir kuvvet alan? gibi g?r?nen ?ey, ba?ka bir ?er?evede par?ac?k ak???na d?n???yor! Protonun kendisine dokunmad???m?z?, ona yaln?zca farkl? bir referans ?er?evesinden bakt???m?z? unutmay?n.

?stelik. "G?receli trenimizin" h?z? ???k h?z?na ne kadar yak?nsa, protonun i?inde g?rece?imiz tablo da o kadar muhte?em olur. I??k h?z?na yakla?t?k?a protonun i?inde giderek daha fazla gluon bulundu?unu fark edece?iz. ?stelik bazen kuark-antikuark ?iftlerine ayr?l?rlar; bunlar da yak?nlarda u?ar ve parton olarak da kabul edilir. Sonu? olarak, ultrarelativistik bir proton, yani bize g?re ???k h?z?na ?ok yak?n bir h?zla hareket eden bir proton, birlikte u?an ve birbirini destekliyor gibi g?r?nen kuark, antikuark ve gluonlardan olu?an i? i?e ge?mi? bulutlar ?eklinde ortaya ??kar (?ekil 1). 3).

G?relilik teorisine a?ina olan bir okuyucu endi?elenebilir. T?m fizik, herhangi bir s?recin t?m eylemsiz referans ?er?evelerinde ayn? ?ekilde ilerlemesi ilkesine dayanmaktad?r. Ama protonun bile?iminin onu g?zlemledi?imiz referans ?er?evesine ba?l? oldu?u ortaya ??kt??!

Evet, kesinlikle ?yle ama bu hi?bir ?ekilde g?relilik ilkesini ihlal etmiyor. Protonun bile?imi referans ?er?evesine ba?l? olmas?na ra?men, fiziksel s?re?lerin sonu?lar? (?rne?in, bir ?arp??ma sonucunda hangi par?ac?klar?n ve ka? tanesinin ?retildi?i) de?i?mezdir.

?lk bak??ta al???lmad?k ama t?m fizik yasalar?n? kar??layan bu durum, ?ekil 4'te ?ematik olarak g?sterilmektedir. Y?ksek enerjili iki protonun ?arp??mas?n?n farkl? referans ?er?evelerinde nas?l g?r?nd???n? g?sterir: bir protonun dinlenme ?er?evesinde, K?tle merkezinin ?er?evesi, ba?ka bir protonun geri kalan ?er?evesi. Protonlar aras?ndaki etkile?im, gluonlar?n b?l?nmesiyle ger?ekle?tirilir, ancak yaln?zca bir durumda bu basamak bir protonun "i?erisi" olarak kabul edilir, ba?ka bir durumda ba?ka bir protonun par?as? olarak kabul edilir ve ???nc? durumda sadece bir miktard?r. iki proton aras?nda de?i? toku? edilen nesne. Bu kademe var, ger?ek ama s?recin hangi k?sm?na atfedilmesi gerekti?i referans ?er?evesine ba?l?.

Bir protonun 3 boyutlu portresi

Az ?nce bahsetti?imiz t?m sonu?lar, ?ok uzun zaman ?nce, ge?en y?zy?l?n 60-70'lerinde ger?ekle?tirilen deneylere dayan?yordu. G?r?n??e g?re o zamandan beri her ?eyin incelenmesi ve t?m sorular?n cevaplar?n? bulmas? gerekiyordu. Ama hay?r; protonun yap?s? h?l? par?ac?k fizi?inin en ilgin? konular?ndan biri olmaya devam ediyor. ?stelik son y?llarda fizik?iler, h?zl? hareket eden bir protonun "?? boyutlu" portresinin nas?l elde edilece?ini bulduklar? i?in buna olan ilgi yeniden artt?; bunun, sabit bir proton portresinden ?ok daha zor oldu?u ortaya ??kt?.

Proton ?arp??malar? ?zerine yap?lan klasik deneyler yaln?zca partonlar?n say?s? ve bunlar?n enerji da??l?m? hakk?nda bilgi verir. Bu t?r deneylere partonlar ba??ms?z nesneler olarak kat?l?rlar, bu da onlardan partonlar?n birbirlerine g?re nas?l konumland?klar?n? veya bir protona tam olarak nas?l eklendiklerini bulman?n imkans?z oldu?u anlam?na gelir. Uzun zamand?r h?zl? hareket eden bir protonun yaln?zca “tek boyutlu” bir portresinin fizik?ilerin elinde bulundu?unu s?yleyebiliriz.

Bir protonun ger?ek, ?? boyutlu bir portresini olu?turmak ve partonlar?n uzaydaki da??l?m?n? bulmak i?in, 40 y?l ?nce m?mk?n olanlardan ?ok daha incelikli deneylere ihtiya? var. Fizik?iler bu t?r deneyleri yapmay? olduk?a yak?n zamanda, kelimenin tam anlam?yla son on y?lda ??rendiler. Bir elektronun bir protonla ?arp??mas? s?ras?nda meydana gelen ?ok say?da farkl? reaksiyon aras?nda ?zel bir reaksiyonun oldu?unu fark ettiler: derin sanal Compton sa??lmas?, - bu bize protonun ?? boyutlu yap?s? hakk?nda bilgi verebilir.

Genel olarak Compton sa??lmas? veya Compton etkisi, bir fotonun bir par?ac?kla, ?rne?in bir protonla elastik ?arp??mas?d?r. ?una benzer: Bir foton gelir, bir proton taraf?ndan emilir, proton k?sa bir s?re i?in uyar?lm?? duruma ge?er ve ard?ndan orijinal durumuna d?nerek bir y?nde bir foton yayar.

S?radan ???k fotonlar?n?n Compton sa??l?m? ilgin? bir ?eye yol a?maz; bu sadece ?????n bir protondan yans?mas?d?r. Protonun i? yap?s?n?n "i?e girmesi" ve kuarklar?n da??l?m?n?n "hissedilmesi" i?in, ?ok y?ksek enerjiye sahip fotonlar?n (normal ???ktan milyarlarca kat daha fazla) kullan?lmas? gerekir. Ve bu t?r fotonlar - sanal olsalar da - gelen bir elektron taraf?ndan kolayca ?retilir. ?imdi birini di?eriyle birle?tirirsek derin sanal Compton sa??l?m? elde ederiz (?ekil 5).

Bu reaksiyonun temel ?zelli?i protonu yok etmemesidir. Gelen foton sadece protona ?arpmakla kalm?yor, sanki onu dikkatle hissediyor ve sonra u?up gidiyor. U?up gitti?i y?n ve protonun ondan ald??? enerjinin ne kadar? protonun yap?s?na, i?indeki partonlar?n g?receli konumuna ba?l?d?r. Bu nedenle, bu s?reci inceleyerek protonun ?? boyutlu g?r?n?m?n? sanki "heykelini bi?imlendiriyormu??as?na" eski haline d?nd?rmek m?mk?nd?r.

Do?ru, deneysel bir fizik?inin bunu yapmas? ?ok zordur. Gerekli i?lem olduk?a nadir ger?ekle?ir ve kaydedilmesi zordur. Bu reaksiyona ili?kin ilk deneysel veriler yaln?zca 2001 y?l?nda Hamburg'daki Alman DESY h?zland?r?c? kompleksindeki HERA h?zland?r?c?da elde edildi; ?u anda deneyciler taraf?ndan yeni bir veri dizisi i?leniyor. Ancak bug?n zaten ilk verilere dayanarak teorisyenler protondaki kuarklar?n ve gluonlar?n ?? boyutlu da??l?mlar?n? ?iziyorlar. Fizik?ilerin daha ?nce yaln?zca varsay?mlarda bulundu?u fiziksel bir nicelik, sonunda deneyden "ortaya ??kmaya" ba?lad?.

Bu alanda bizi bekleyen beklenmedik ke?ifler var m?? Muhtemelen evet. ?rneklendirmek gerekirse, Kas?m 2008'de, h?zl? hareket eden bir protonun d?z bir disk gibi de?il, ?ift i?b?key bir merce?e benzemesi gerekti?ini belirten ilgin? bir teorik makalenin ortaya ??kt???n? varsayal?m. Bunun nedeni, protonun merkez b?lgesinde oturan partonlar?n, kenarlarda oturan partonlara g?re uzunlamas?na y?nde daha g??l? bir ?ekilde s?k??t?r?lmas?d?r. Bu teorik tahminleri deneysel olarak test etmek ?ok ilgin? olurdu!

B?t?n bunlar fizik?iler i?in neden ilgin??

Fizik?ilerin maddenin proton ve n?tronlar?n i?inde nas?l da??ld???n? tam olarak bilmeye neden ihtiyac? var?

?ncelikle fizi?in geli?iminin mant??? bunu gerektiriyor. D?nyada modern teorik fizi?in hen?z tam olarak ba?a ??kamad??? pek ?ok ?a??rt?c? derecede karma??k sistem var. Hadronlar b?yle bir sistemdir. Hadronlar?n yap?s?n? anlayarak, teorik fizi?in evrensel olabilecek ve belki de tamamen farkl? bir konuda, ?rne?in s?per iletkenlerin veya al???lmad?k ?zelliklere sahip di?er malzemelerin incelenmesinde yard?mc? olabilecek yeteneklerini geli?tiriyoruz.

?kincisi, n?kleer fizi?e do?rudan faydas? var. Atom ?ekirde?i ?zerine yap?lan ?al??malar?n neredeyse y?zy?ll?k ge?mi?ine ra?men, teorisyenler protonlar ve n?tronlar aras?ndaki etkile?imin kesin yasas?n? hala bilmiyorlar.

Bu yasay? k?smen deneysel verilere dayanarak tahmin etmeleri, k?smen de n?kleonlar?n yap?s? hakk?ndaki bilgilere dayanarak olu?turmalar? gerekiyor. N?kleonlar?n ?? boyutlu yap?s?na ili?kin yeni verilerin yard?mc? olaca?? yer buras?d?r.

???nc?s?, birka? y?l ?nce fizik?iler maddenin en az yeni bir toplu halini - kuark-gluon plazmas?n? - elde etmeyi ba?ard?lar. Bu durumda kuarklar tek tek protonlar?n ve n?tronlar?n i?inde yer almazlar, n?kleer madde y???n?n?n tamam?nda serbest?e dola??rlar. Bu, ?rne?in ?u ?ekilde ba?ar?labilir: A??r ?ekirdekler bir h?zland?r?c?da ???k h?z?na ?ok yak?n bir h?za kadar h?zland?r?l?r ve ard?ndan kafa kafaya ?arp???r. Bu ?arp??mada ?ok k?sa bir s?re i?in trilyonlarca derecelik s?cakl?klar ortaya ??k?yor ve bu da ?ekirdeklerin kuark-gluon plazmas?na d?n??mesini sa?l?yor. Dolay?s?yla, bu n?kleer erimenin teorik hesaplamalar?n?n, n?kleonlar?n ?? boyutlu yap?s? hakk?nda iyi bir bilgi gerektirdi?i ortaya ??kt?.

Son olarak bu veriler astrofizik i?in ?ok gereklidir. A??r y?ld?zlar ya?amlar?n?n sonunda patlad???nda, genellikle arkalar?nda son derece kompakt nesneler (n?tron ve muhtemelen kuark y?ld?zlar?) b?rak?rlar. Bu y?ld?zlar?n ?ekirde?i tamamen n?tronlardan ve hatta belki so?uk kuark-gluon plazmas?ndan olu?uyor. Bu t?r y?ld?zlar uzun zamand?r ke?fedildi, ancak i?lerinde neler olup bitti?ini yaln?zca tahmin etmek m?mk?n. Yani kuark da??l?mlar?n?n iyi anla??lmas? astrofizikte ilerlemeye yol a?abilir.

Ayr?ca elektronik bir form?l olu?turun. Bunu yapmak i?in yaln?zca D.I. kimyasal elementlerin periyodik sistemine ihtiyac?n?z var. Zorunlu bir referans materyali olan Mendeleev.

Tablo D.I. Mendeleev, toplamda sekiz tane olan gruplara (dikey olarak d?zenlenmi?) ve yatay olarak yerle?tirilmi? d?nemlere ayr?lm??t?r. Her birinin, her periyodik tabloda g?sterilen kendi s?ral? ve ba??l atom k?tlesi vard?r. Miktar protonlar(p) ve elektronlar (?) say?sal olarak elementin atom numaras?na denk gelir. Say?y? belirlemek i?in n?tronlar(n) kimyasal elementin say?s?n? ba??l atom k?tlesinden (Ar) ??karmak gerekir.

?rnek 1: Miktar? hesaplay?n protonlar, elektronlar ve n?tronlar 7 numaral? kimyasal elementin atomu. 7 numaral? kimyasal element nitrojendir (N). ?lk ?nce miktar? belirleyin protonlar(R). Seri numaras? 7 ise 7 olacakt?r protonlar. Bu say?n?n negatif y?kl? par?ac?klar?n say?s?na denk geldi?ini d???n?rsek, 7 adet elektron (?) bulunacakt?r. n?tronlar(n) ba??l atom k?tlesinden (Ar (N) = 14), nitrojenin atom numaras?n? (No. 7) ??kar?n. Dolay?s?yla 14 – 7 = 7. Genel olarak t?m bilgiler ?u ?ekilde g?r?n?r: p = +7;? = -7;n = 14-7 = 7.

?rnek 2: Miktar? hesaplay?n protonlar, elektronlar ve n?tronlar 20 numaral? kimyasal elementin atomu. 20 numaral? kimyasal element kalsiyumdur (Ca). ?lk ?nce miktar? belirleyin protonlar(R). Seri numaras? 20 ise 20 olacakt?r protonlar. Bu say?n?n negatif y?kl? par?ac?klar?n say?s?na denk geldi?ini bildi?imizde, o zaman 20 elektron da (?) bulunacakt?r. n?tronlar(n) ba??l atom k?tlesinden (Ar (Ca) = 40), atom numaras?n? (No. 20) ??kar?n. Dolay?s?yla 40 – 20 = 20. Genel olarak t?m bilgiler ?u ?ekilde g?r?n?r: p = +20;? = -20;n = 40-20 = 20.

?rnek 3: Miktar? hesaplay?n protonlar, elektronlar ve n?tronlar 33 numaral? kimyasal elementin atomu. 33 numaral? kimyasal element arseniktir (As). ?lk ?nce miktar? belirleyin protonlar(R). Seri numaras? 33 ise 33 olacakt?r. Bu say?n?n negatif y?kl? par?ac?klar?n say?s?na denk geldi?ini d???n?rsek, 33 adet elektron (?) bulunacakt?r. n?tronlar(n) ba??l atom k?tlesinden (Ar (As) = 75), nitrojen atom numaras?n? (No. 33) ??kar?n. Dolay?s?yla 75 – 33 = 42. Genel olarak t?m bilgiler ?u ?ekilde g?r?n?r: p = +33;? = -33;n = 75 -33 = 42.

Not

Tablo D.I'de belirtilen ba??l atom k?tlesi. Mendeleev'e g?re en yak?n tam say?ya yuvarlamak gerekiyor.

Kaynaklar:

• Proton ve n?tronlar cevab? olu?turuyor

?i?eyi so?umas? i?in bir kenara koyun. Bir bu?uk ila iki dakika yeterlidir. Aksi takdirde ??z?nmeyen bir ??kelti olu?acakt?r.

Duvar?n ?zerine su d?k?n ve huniyi bununla durulay?n. Tamamen kar???ncaya kadar ?alkalay?n, gerekirse ?i?eyi ?s?t?n.

Al?c?y? monte edin ve tak?n. Al?c?ya 10 ml 0,01 N enjekte edin. s?lf?rik asit ??zeltisi. Bir veya iki damla metilroth uygulay?n. T?m malzemeleri birle?tirdikten sonra su jeti pompas?n? al?c?ya tak?n.

On dakika sonra dam?tmay? b?rak?n. Su jeti muslu?unu kapat?n, al?c? fi?ini a??n ve so?utma t?p?n?n ucundaki s?lf?rik asidi y?kay?n. Ayn? hacimde 0,01 N olan ba?ka bir al?c?yla de?i?tirin. s?lf?rik asit ??zeltisi, ikinci bir dam?tma yap?n.

??k??: 1 ml 0,01 N. s?lf?rik asit veya sodyum hidroksit 0,14 mg'a kar??l?k gelir.
Al?c?ya yerle?tirilen s?lf?rik asit miktar? ile titrasyon s?ras?nda al?nan 0,14 mg ?retilen sodyum hidroksit miktar? aras?ndaki fark, test edilen 1 ml kandaki art?k nitrojen miktar?na e?ittir. -'deki azot miktar?n? g?stermek i?in 100 ile ?arpman?z gerekir.

De?erlik kimyasal elementlerin belirli say?da di?er elementlerin atomlar?n? tutma yetene?idir. Ayn? zamanda belirli bir atomun di?er atomlarla olu?turdu?u ba?lar?n say?s?d?r. De?erlili?in belirlenmesi olduk?a basittir.

Talimatlar

L?tfen baz? elementlerin atomlar?n?n de?erli?inin sabit oldu?unu, di?erlerinin ise de?i?ken oldu?unu, yani de?i?me e?iliminde olduklar?n? unutmay?n. ?rne?in t?m bile?iklerdeki hidrojen tek de?erlikli oldu?undan yaln?zca bir tane olu?turur. Oksijen iki de?erlikli olmas?na ra?men iki ba? olu?turma yetene?ine sahiptir. Ancak II, IV veya VI'ya sahip olabilirsiniz. Her ?ey ba?l? oldu?u ??eye ba?l?d?r. Dolay?s?yla k?k?rt de?i?ken de?erlili?e sahip bir elementtir.

Hidrojen bile?iklerinin molek?llerinde de?erli?in hesaplanmas?n?n ?ok basit oldu?unu unutmay?n. Hidrojen her zaman tek de?erlidir ve onunla ili?kili elementin bu g?stergesi, belirli bir molek?ldeki hidrojen atomlar?n?n say?s?na e?it olacakt?r. ?rne?in CaH2'de kalsiyum iki de?erlikli olacakt?r.

De?erlili?i belirlemenin ana kural?n? hat?rlay?n: herhangi bir elementin atomunun de?erlik indeksinin ?r?n? ve herhangi bir molek?ldeki atom say?s?, ikinci elementin bir atomunun de?erlik indeksi ve onun i?indeki atom say?s?n?n ?arp?m?d?r. Belirli bir molek?l.

Bu e?itli?i ifade eden harf form?l?ne bak?n: V1 x K1 = V2 x K2, burada V, elementlerin atomlar?n?n de?erli?idir ve K, molek?ldeki atomlar?n say?s?d?r. Onun yard?m?yla, e?er kalan veriler biliniyorsa, herhangi bir elementin de?erlik indeksini belirlemek kolayd?r.

S?lf?r oksit molek?l? SO2 ?rne?ini d???n?n. T?m bile?iklerdeki oksijen iki de?erlikli oldu?undan, orant?daki de?erleri yerine koyarsak: Voksijen x Oksijen = Vs?lf?r x Xers, ?unu elde ederiz: 2 x 2 = Vs?lf?r x 2. Buradan Vs?lf?r = 4/2 = 2. B?ylece, Bu molek?ldeki k?k?rt?n de?eri 2'ye e?ittir.

Konuyla ilgili video

Elektron- neredeyse t?m elektriksel olaylarda yer alan, elektrik y?kl? en hafif par?ac?k. D???k k?tlesinden dolay? kuantum mekani?inin geli?iminde en ?ok yer almaktad?r. Bu h?zl? par?ac?klar modern bilim ve teknoloji alan?nda geni? uygulama alan? bulmu?tur.

?lektron kelimesi Yunancad?r. Elektrona ad?n? veren de budur. Bu “kehribar” olarak terc?me edilir. Bir zamanlar Yunan do?a bilimciler, kehribar par?alar?n?n y?n?n? i?eren ve daha sonra ?e?itli k???k nesneleri ?ekmeye ba?layan ?e?itli deneyler yapt?lar. Elektron om, maddenin yap?s?n? olu?turan temel birimlerden biri olan negatif y?kl? par?ac??a verilen isimdir. Elektron Atom kabuklar? elektronlardan olu?ur ve bunlar?n konumu ve say?s? bir maddenin kimyasal ?zelliklerini belirler. ?e?itli maddelerin atomlar?ndaki elektron say?s?n? D.I. taraf?ndan derlenen kimyasal elementler tablosundan ??renebilirsiniz. Mendeleev. Bir atomun ?ekirde?indeki protonlar?n say?s? her zaman belirli bir maddenin atomunun elektron kabu?unda bulunmas? gereken elektronlar?n say?s?na e?ittir. Elektron?ekirde?in etraf?nda b?y?k bir h?zla d?nerler ve bu nedenle ?ekirde?e "" dokunmazlar. Bu, D?nya'n?n onu ?ekmesine ra?men d??meyen Ay ile a??k?a kar??la?t?r?labilir. Temel par?ac?k fizi?inin modern kavramlar?, yap?s?zl??? ve b?l?nmezli?i g?sterir. Yar? iletkenlerdeki bu par?ac?klar?n hareketi, enerjinin kolayl?kla aktar?lmas?n? ve y?netilmesini m?mk?n k?lar. Bu ?zellik elektronikte, g?nl?k ya?amda, end?stride ve ileti?imde yayg?n olarak kullan?lmaktad?r. ?letkenlerdeki elektronlar?n h?z? ?ok k???k olmas?na ra?men elektrik alan? ???k h?z?nda yay?labilir. Bu sayede devre boyunca ak?m an?nda kurulur. Elektron Par?ac?kl? olanlar?n yan? s?ra dalga ?zelliklerine de sahiptirler. Yer?ekimi, zay?f ve elektromanyetik etkile?imlere kat?l?rlar. Elektronun kararl?l??? enerji ve y?k?n korunumu yasalar?ndan kaynaklan?r. Bu par?ac?k y?kl? olanlar?n en hafifidir ve bu nedenle hi?bir ?eye bozunamaz. Y?k?n korunumu yasas?na g?re daha hafif par?ac?klara ve daha a??r par?ac?klara bozunmas? enerjinin korunumu yasas? taraf?ndan yasaklanm??t?r. Y?k?n korunumu yasas?n?n yerine getirilmesinin do?rulu?u, elektronun en az on y?l boyunca y?k?n? kaybetmemesiyle de?erlendirilebilir.

Konuyla ilgili video

N?tron nedir? Yap?s?, ?zellikleri ve g?revleri nelerdir? N?tronlar, t?m maddelerin yap? ta?lar? olan atomlar? olu?turan par?ac?klar?n en b?y???d?r.

Atomik yap?

N?tronlar, atomun yo?un bir b?lgesi olan ve ayn? zamanda protonlarla (pozitif y?kl? par?ac?klar) dolu olan ?ekirdekte bulunur. Bu iki element n?kleer ad? verilen bir kuvvet taraf?ndan bir arada tutulur. N?tronlar?n n?tr y?k? vard?r. N?tr bir atom olu?turmak i?in protonun pozitif y?k? elektronun negatif y?k?yle e?le?tirilir. ?ekirdekteki n?tronlar atomun y?k?n? etkilemese de radyoaktivite d?zeyi de dahil olmak ?zere atomu etkileyen bir?ok ?zelli?e sahiptir.

N?tronlar, izotoplar ve radyoaktivite

Atomun ?ekirde?inde bulunan par?ac?k, protondan %0,2 daha b?y?k olan bir n?trondur. Birlikte ayn? elementin toplam k?tlesinin %99,99'unu olu?tururlar ve farkl? say?da n?tronlara sahip olabilirler. Bilim adamlar? atom k?tlesinden bahsettiklerinde ortalama atom k?tlesini kastediyorlar. ?rne?in karbonun tipik olarak 6 n?tronu ve 6 protonu vard?r ve atom k?tlesi 12'dir, ancak bazen atom k?tlesi 13't?r (6 proton ve 7 n?tron). Atom numaras? 14 olan karbon da mevcuttur, ancak nadirdir. Yani karbonun atom k?tlesinin ortalamas? 12.011'dir.

Atomlar?n n?tron say?lar? farkl? oldu?unda bunlara izotop denir. Bilim insanlar? daha b?y?k izotoplar olu?turmak i?in bu par?ac?klar? ?ekirde?e eklemenin yollar?n? buldular. Art?k n?tronlar?n eklenmesi atomun y?k?n? etkilemez ??nk? y?kleri yoktur. Ancak atomun radyoaktivitesini artt?r?rlar. Bu, y?ksek d?zeyde enerji bo?altabilen ?ok karars?z atomlar?n ortaya ??kmas?na neden olabilir.

?ekirdek nedir?

Kimyada ?ekirdek, proton ve n?tronlardan olu?an bir atomun pozitif y?kl? merkezidir. "?ekirdek" kelimesi, "f?nd?k" veya "?ekirdek" anlam?na gelen kelimenin bir ?ekli olan Latince ?ekirdekten gelir. Terim, 1844 y?l?nda Michael Faraday taraf?ndan atomun merkezini tan?mlamak i?in icat edildi. ?ekirde?in incelenmesi, bile?iminin ve ?zelliklerinin incelenmesiyle ilgili bilimlere n?kleer fizik ve n?kleer kimya denir.

Protonlar ve n?tronlar g??l? n?kleer kuvvet taraf?ndan bir arada tutulur. Elektronlar ?ekirde?e ?ekilir, ancak o kadar h?zl? hareket ederler ki d?n??leri atomun merkezinden belli bir mesafede ger?ekle?ir. Art? i?aretli n?kleer y?k protonlardan gelir, peki n?tron nedir? Bu elektrik y?k? olmayan bir par?ac?kt?r. Protonlar ve n?tronlar elektronlardan ?ok daha fazla k?tleye sahip oldu?undan, bir atomun neredeyse t?m a??rl??? ?ekirdekte bulunur. Bir atom ?ekirde?indeki protonlar?n say?s? onun bir element olarak kimli?ini belirler. N?tron say?s?, atomun elementin hangi izotopu oldu?unu g?sterir.

Atom ?ekirde?i boyutu

?ekirdek atomun genel ?ap?ndan ?ok daha k???kt?r ??nk? elektronlar merkezden daha uzakta olabilir. Bir hidrojen atomu ?ekirde?inden 145.000 kat, bir uranyum atomu ise merkezinden 23.000 kat daha b?y?kt?r. Hidrojen ?ekirde?i tek bir protondan olu?tu?u i?in en k???kt?r.

?ekirdekteki proton ve n?tronlar?n dizili?i

Proton ve n?tronlar genellikle bir arada paketlenmi? ve k?relere e?it ?ekilde da??lm?? olarak tasvir edilir. Ancak bu, ger?ek yap?n?n basitle?tirilmesidir. Her n?kleon (proton veya n?tron) belirli bir enerji seviyesini ve konum aral???n? i?gal edebilir. ?ekirdek k?resel olabilece?i gibi armut ?eklinde, k?resel veya disk ?eklinde de olabilir.

Proton ve n?tronlar?n ?ekirdekleri, kuark ad? verilen en k???k par?alardan olu?an baryonlard?r. ?ekici kuvvetin menzili ?ok k?sa oldu?undan proton ve n?tronlar?n birbirine ?ok yak?n olmas? gerekir. Bu g??l? ?ekim, y?kl? protonlar?n do?al itme kuvvetinin ?stesinden gelir.

Proton, n?tron ve elektron

N?kleer fizik gibi bir bilimin geli?mesinde g??l? bir itici g??, n?tronun ke?fiydi (1932). Bunun i?in Rutherford'un ??rencisi olan ?ngiliz fizik?iye te?ekk?r etmeliyiz. N?tron nedir? Bu, serbest durumdayken sadece 15 dakika i?inde k?tlesiz n?tr par?ac?k olarak adland?r?lan proton, elektron ve n?trinoya bozunabilen karars?z bir par?ac?kt?r.

Par?ac?k ad?n? elektrik y?k? olmad???ndan, n?tr oldu?undan al?r. N?tronlar son derece yo?undur. ?zole bir durumda, bir n?tronun k?tlesi yaln?zca 1,67·10 - 27 olacakt?r ve e?er n?tronlarla yo?un bir ?ekilde dolu bir ?ay ka???? al?rsan?z, ortaya ??kan madde par?as?n?n a??rl??? milyonlarca ton olacakt?r.

Bir elementin ?ekirde?indeki proton say?s?na atom numaras? denir. Bu say? her ??eye benzersiz kimli?ini verir. Karbon gibi baz? elementlerin atomlar?nda ?ekirdeklerdeki proton say?s? her zaman ayn?d?r ancak n?tron say?s? de?i?ebilir. Belirli bir elementin ?ekirde?inde belirli say?da n?tron bulunan atomuna izotop denir.

Tek n?tronlar tehlikeli midir?

N?tron nedir? Bu protonla birlikte yer alan bir par?ac?kt?r. Ancak bazen kendi ba?lar?na da var olabilirler. N?tronlar atom ?ekirde?inin d???nda olduklar?nda potansiyel olarak tehlikeli ?zellikler kazan?rlar. Y?ksek h?zlarda hareket ettiklerinde ?l?mc?l radyasyon ?retirler. ?nsanlar? ve hayvanlar? ?ld?rme yetenekleriyle bilinen n?tron bombalar?, cans?z fiziksel yap?lar ?zerinde minimum etkiye sahiptir.

N?tronlar atomun ?ok ?nemli bir par?as?d?r. Bu par?ac?klar?n y?ksek yo?unlu?u, h?zlar?yla birle?ti?inde onlara a??r? y?k?c? g?? ve enerji verir. Bunun sonucunda ?arpt?klar? atomlar?n ?ekirdeklerini de?i?tirebilir, hatta par?alayabilirler. Bir n?tronun net n?tr elektrik y?k? olmas?na ra?men, y?k bak?m?ndan birbirini iptal eden y?kl? bile?enlerden olu?ur.

Atomdaki n?tron ?ok k???k bir par?ac?kt?r. Protonlar gibi onlar da elektron mikroskobuyla bile g?r?lemeyecek kadar k???kt?rler ama oradad?rlar ??nk? atomlar?n davran???n? a??klaman?n tek yolu budur. N?tronlar bir atomun stabilitesi i?in ?ok ?nemlidir, ancak atom merkezinin d???nda uzun s?re var olamazlar ve ortalama olarak yaln?zca 885 saniyede (yakla??k 15 dakika) bozunurlar.

• Terc?me

Her atomun merkezinde proton ve n?tron ad? verilen k???k par?ac?klardan olu?an ?ekirdek bulunur. Bu yaz?da, daha da k???k par?ac?klardan (kuarklar, gluonlar ve antikuarklar) olu?an protonlar?n ve n?tronlar?n do?as?n? inceleyece?iz. (Fotonlar gibi gluonlar da kendi antipar?ac?klar?d?r.) Kuarklar ve gluonlar bildi?imiz kadar?yla ger?ekten temel olabilirler (b?l?nemezler ve daha k???k boyutlardan olu?mazlar). Ama onlara daha sonra.

?a??rt?c? bir ?ekilde, protonlar ve n?tronlar hemen hemen ayn? k?tleye sahiptir; y?zdelik bir do?rulukla:

• Proton i?in 0,93827 GeV/c 2,
• Bir n?tron i?in 0,93957 GeV/c 2.

Bu onlar?n do?as?n?n anahtar?d?r; asl?nda ?ok benzerler. Evet, aralar?nda bariz bir fark var: Protonun pozitif elektrik y?k? vard?r, n?tronun ise y?k? yoktur (n?trd?r, dolay?s?yla ad? da buradan gelir). Buna g?re, elektrik kuvvetleri birinciye etki eder, ikinciye etki etmez. ?lk bak??ta bu ayr?m ?ok ?nemli g?r?n?yor! Ama asl?nda ?yle de?il. Di?er t?m a??lardan proton ve n?tron neredeyse ikizdir. Sadece k?tleleri de?il ayn? zamanda i? yap?lar? da ayn?d?r.

?ok benzer olduklar?ndan ve bu par?ac?klar ?ekirde?i olu?turduklar?ndan, protonlara ve n?tronlara genellikle n?kleonlar denir.

Protonlar 1920 civar?nda tan?mland? ve tan?mland? (her ne kadar daha ?nce ke?fedilmi? olsalar da; hidrojen atomunun ?ekirde?i yaln?zca tek bir protondur), n?tronlar ise 1933 civar?nda ke?fedildi. Proton ve n?tronlar?n birbirine ne kadar benzer oldu?u hemen anla??ld?. Ancak ?ekirde?in boyutuyla kar??la?t?r?labilecek ?l??lebilir bir boyuta sahip olduklar? (yar??ap olarak atomdan yakla??k 100.000 kat daha k???k) 1954 y?l?na kadar bilinmiyordu. Bunlar?n kuark, antikuark ve gluonlardan olu?tu?u 1960'lar?n ortas?ndan 1970'lerin ortalar?na kadar yava? yava? anla??ld?. 70'lerin sonlar?nda ve 80'lerin ba?lar?nda, protonlar, n?tronlar ve bunlar?n nelerden olu?tu?una dair anlay???m?z b?y?k ?l??de oturmu?tu ve o zamandan beri de?i?meden kald?.

N?kleonlar? tan?mlamak atomlar? veya ?ekirdekleri tan?mlamaktan ?ok daha zordur. Atomlar?n temelde basit oldu?unu s?ylemiyorum ama en az?ndan bir helyum atomunun k???k bir helyum ?ekirde?i etraf?nda y?r?ngede bulunan iki elektrondan olu?tu?unu d???nmeden s?yleyebiliriz; helyum ?ekirde?i ise iki n?tron ve iki protondan olu?an olduk?a basit bir gruptur. Ancak n?kleonlarla her ?ey o kadar basit de?il. Atomun zarif bir men?et, n?kleonun ise ??lg?n bir partiye benzedi?ini zaten “Proton nedir ve i?inde ne vard?r?” yaz?mda yazm??t?m.

Proton ve n?tronun karma??kl??? ger?ek gibi g?r?n?yor ve eksik fizik bilgisinden kaynaklanm?yor. Kuarklar?, antikuarklar? ve gluonlar? ve bunlar aras?nda meydana gelen g??l? n?kleer etkile?imleri tan?mlamak i?in kullan?lan denklemlerimiz var. Bu denklemlere kuantum renk dinami?inden QCD ad? verilir. Denklemlerin do?rulu?u, B?y?k Hadron ?arp??t?r?c?s?nda ?retilen par?ac?klar?n say?s?n?n ?l??lmesi de dahil olmak ?zere ?e?itli yollarla test edilebilir. QCD denklemlerini bir bilgisayara ba?layarak ve protonlar?n, n?tronlar?n ve di?er benzer par?ac?klar?n (topluca "hadronlar" olarak adland?r?l?r) ?zellikleri ?zerine hesaplamalar yaparak, bu par?ac?klar?n ?zelliklerine ili?kin, ger?ek d?nyada yap?lan g?zlemlere ?ok yak?n tahminler elde ederiz. Bu nedenle, QCD denklemlerinin yalan s?ylemedi?ine ve proton ve n?tron hakk?ndaki bilgimizin do?ru denklemlere dayand???na inanmak i?in nedenimiz var. Ancak sadece do?ru denklemlere sahip olmak yeterli de?ildir ??nk?:

• Basit denklemlerin ?ok karma??k ??z?mleri olabilir,
• Bazen karma??k kararlar? basit bir ?ekilde anlatmak imkans?zd?r.

Anlayabildi?imiz kadar?yla n?kleonlarda durum tam olarak b?yledir: Bunlar nispeten basit QCD denklemlerinin karma??k ??z?mleridir ve onlar? birka? kelime veya resimle anlatmak m?mk?n de?ildir.

N?kleonlar?n do?as?nda olan karma??kl?k nedeniyle okuyucu olarak siz bir se?im yapmak zorunda kalacaks?n?z: Tan?mlanan karma??kl?k hakk?nda ne kadar bilgi edinmek istiyorsunuz? Ne kadar ileri giderseniz gidin, b?y?k olas?l?kla sizi tatmin etmeyecektir: ne kadar ?ok ??renirseniz konu o kadar netle?ecektir, ancak nihai cevap ayn? kalacakt?r - proton ve n?tron ?ok karma??kt?r. Size artan ayr?nt?larla ?? d?zeyde anlay?? sunabilirim; Herhangi bir seviyeden sonra durup di?er konulara ge?ebilirsiniz veya son seviyeye kadar dalabilirsiniz. Her seviyede bir sonraki seviyede k?smen cevaplayabilece?im sorular ortaya ??k?yor, ancak yeni cevaplar yeni sorular? do?uruyor. Sonu?ta -meslekta?lar?m ve ileri d?zeydeki ??rencilerimle yapt???m profesyonel tart??malarda oldu?u gibi- sizi yaln?zca ger?ek deneylerde elde edilen verilere, ?e?itli etkili teorik arg?manlara ve bilgisayar sim?lasyonlar?na y?nlendirebilirim.

Birinci d?zey anlay??

Protonlar ve n?tronlar nelerden yap?lm??t?r?

Pirin?. ?ekil 1: yaln?zca iki yukar? kuark ve bir a?a?? kuarktan olu?an protonlar?n ve yaln?zca iki a?a?? kuark ve bir yukar? kuarktan olu?an n?tronlar?n a??r? basitle?tirilmi? bir versiyonu

Konuyu basitle?tirmek i?in bir?ok kitap, makale ve web sitesi protonlar?n ?? kuarktan (iki yukar? kuark ve bir a?a?? kuark) olu?tu?unu belirtiyor ve ?ekil 1'e benzer bir ?ey ?iziyor. 1. N?tron ayn?d?r, yaln?zca bir yukar? ve iki a?a?? kuarktan olu?ur. Bu basit g?r?nt?, ?o?unlukla 1960'larda baz? bilim adamlar?n?n neye inand???n? g?steriyor. Ancak ?ok ge?meden bu bak?? a??s?n?n art?k do?ru olmad??? noktaya kadar a??r? basitle?tirildi?i anla??ld?.

Daha geli?mi? bilgi kaynaklar?ndan, protonlar?n gluonlar taraf?ndan bir arada tutulan ?? kuarktan (ikisi yukar?, biri a?a??) olu?tu?unu ??reneceksiniz ve ?ekil 1'e benzer bir resim ortaya ??kabilir. 2, burada gluonlar kuarklar? tutan yaylar veya sicimler olarak ?izilir. N?tronlar ayn?d?r; yaln?zca bir yukar? kuark ve iki a?a?? kuark bulunur.

Pirin?. 2: iyile?tirme ?ek. 1 protonda kuarklar? tutan g??l? n?kleer kuvvetin ?nemli rol?ne vurgu yap?lmas? nedeniyle

Bu, n?kleonlar? tan?mlaman?n o kadar da k?t? bir yolu de?il, ??nk? gluonlar pahas?na kuarklar? bir protonda tutan g??l? n?kleer kuvvetin ?nemli rol?n? vurguluyor (t?pk? ????? olu?turan par?ac?k olan fotonun n?kleonlarla ili?kili olmas? gibi). elektromanyetik kuvvet). Ancak bu ayn? zamanda kafa kar??t?r?c?d?r ??nk? gluonlar?n ne oldu?unu veya ne yapt???n? ger?ekten a??klam?yor.

Devam edip olaylar? benim yapt???m gibi tan?mlaman?n nedenleri var: Bir proton ?? kuarktan (ikisi yukar? ve biri a?a??), bir grup gluondan ve bir y???n kuark-antikuark ?iftinden (?o?unlukla yukar? ve a?a?? kuarklardan olu?ur, ancak birka? tuhaf ?ey de var). Hepsi ?ok y?ksek h?zlarda (???k h?z?na yakla?an) ileri geri u?uyorlar; t?m bu set g??l? n?kleer kuvvet taraf?ndan bir arada tutuluyor. Bunu ?ekil 2'de g?sterdim. 3. N?tronlar yine ayn?d?r, ancak bir yukar? ve iki a?a?? kuarka sahiptirler; Kimli?ini de?i?tiren kuark bir okla g?sterilmi?tir.

Pirin?. ?ekil 3: proton ve n?tronlar?n hala kusurlu olmas?na ra?men daha ger?ek?i temsili

Bu kuarklar, anti-kuarklar ve gluonlar ??lg?nca ileri geri hareket etmekle kalm?yor, ayn? zamanda birbirleriyle ?arp???yor ve par?ac?klar?n yok olmas? (ayn? t?rden bir kuark ile bir antikuark?n iki gluona d?n??mesi) gibi s?re?lerle birbirlerine d?n???yorlar. veya tam tersi) veya bir gluonun emilmesi ve emisyonu (burada bir kuark ve bir gluon ?arp??abilir ve bir kuark ve iki gluon olu?turabilir veya bunun tersi).

Bu ?? a??klaman?n ortak noktas? nedir:

• Bir proton i?in iki yukar? kuark ve bir a?a?? kuark (art? ba?ka bir ?ey).
• Bir n?tronun bir yukar? kuark? ve iki a?a?? kuark? (art? ba?ka bir ?ey) vard?r.
• N?tronlar?n "ba?ka bir ?ey"i protonlar?n "ba?ka bir ?ey"iyle ?rt???r. Yani n?kleonlarda ayn? “ba?ka bir ?ey” var.
• Proton ve n?tron aras?ndaki k???k k?tle fark?, a?a?? kuark ile yukar? kuark?n k?tlelerindeki farkl?l?ktan kaynaklanmaktad?r.

Ve ??nk?:

• ?st kuarklar i?in elektrik y?k? 2/3 e'ye e?ittir (burada e bir protonun y?k?d?r, -e bir elektronun y?k?d?r),
• alt kuarklar?n y?k? -1/3e'dir,
• Gluonlar?n y?k? 0'd?r,
• herhangi bir kuark ve ona kar??l?k gelen antikuark?n toplam y?k? 0'd?r (?rne?in, bir antidown kuark?n y?k? +1/3e'dir, dolay?s?yla bir a?a?? kuark ve bir a?a?? kuark?n y?k? –1/3 e +1/3 olacakt?r) e = 0),

Her ?ekil, protonun elektrik y?k?n? iki yukar? kuark ve bir a?a?? kuarka atar ve "ba?ka bir ?ey" y?ke 0 ekler. Benzer ?ekilde, bir n?tronun bir yukar? kuark ve iki a?a?? kuark sayesinde s?f?r y?k? vard?r:

• protonun toplam elektrik y?k? 2/3 e + 2/3 e – 1/3 e = e,
• n?tronun toplam elektrik y?k? 2/3 e – 1/3 e – 1/3 e = 0'd?r.

Bu a??klamalar a?a??daki ?ekillerde farkl?l?k g?sterir:

• N?kleonun i?inde ne kadar “ba?ka bir ?ey” oldu?u,
• orada ne i?i var
• n?kleonun k?tlesi ve k?tle enerjisi (E = mc 2, par?ac?k hareketsizken bile orada bulunan enerji) nereden gelir?

Bir atomun ve dolay?s?yla t?m s?radan maddelerin k?tlesinin b?y?k bir k?sm? protonlar ve n?tronlarda bulundu?undan, bu son nokta do?am?z?n do?ru anla??lmas? i?in son derece ?nemlidir.

Pirin?. 1, kuarklar?n asl?nda bir n?kleonun ??te biri oldu?unu s?yl?yor; t?pk? proton veya n?tronun helyum ?ekirde?inin ?eyre?i veya karbon ?ekirde?inin 1/12'si olmas? gibi. Bu resim do?ru olsayd?, n?kleondaki kuarklar nispeten yava? hareket ederdi (???ktan ?ok daha yava? h?zlarda) ve aralar?nda nispeten zay?f etkile?imler (her ne kadar onlar? yerinde tutan g??l? bir kuvvet olsa da) hareket ederdi. Bu durumda kuark?n k?tlesi, yukar? ve a?a??, 0,3 GeV/c2 civar?nda, yani protonun k?tlesinin yakla??k ??te biri kadar olacakt?r. Ancak bu basit g?r?nt? ve destekledi?i fikirler tamamen yanl??t?r.

Pirin?. 3. protonun i?inde ????a yak?n h?zlarda ko?u?turan par?ac?klardan olu?an bir kazan oldu?u konusunda tamamen farkl? bir fikir veriyor. Bu par?ac?klar birbirleriyle ?arp???r ve bu ?arp??malarda bir k?sm? yok olur, bir k?sm? da yerlerinde olu?ur. Gluonlar?n k?tlesi yoktur, ?st kuarklar?n k?tleleri 0,004 GeV/c2 civar?ndad?r ve alt kuarklar?n k?tleleri ise 0,008 GeV/c2 civar?ndad?r; yani bir protondan y?zlerce kat daha azd?r. Proton k?tlesinin enerjisinin nereden geldi?i karma??k bir sorudur: Bir k?sm? kuarklar?n ve antikuarklar?n k?tlesinin enerjisinden, bir k?sm? kuarklar?n, antikuarklar?n ve gluonlar?n hareket enerjisinden ve bir k?sm? da (muhtemelen pozitif, belki negatif) gelir. ) kuarklar?, antikuarklar? ve gluonlar? bir arada tutan g??l? n?kleer etkile?imde depolanan enerjiden gelir.

Bir anlamda ?ekil. ?ekil 2 aras?ndaki fark? ??zmeye ?al???r. 1 ve ?ek. 3. ?ekli basitle?tirir. 3, s?rekli olarak ortaya ??k?p kaybolduklar? ve gerekli olmad?klar? i?in prensipte ge?ici olarak adland?r?labilecek bir?ok kuark-antikuark ?iftinin kald?r?lmas?. Ancak n?kleonlardaki gluonlar?n, protonlar? bir arada tutan g??l? n?kleer kuvvetin do?rudan bir par?as? oldu?u izlenimini veriyor. Ve protonun k?tlesinin nereden geldi?ini a??klam?yor.

?ncirde. ?ekil 1'de proton ve n?tronun dar ?er?evelerine ek olarak ba?ka bir dezavantaj daha vard?r. Pion ve rho meson gibi di?er hadronlar?n baz? ?zelliklerini a??klam?yor. ?ekil.'de de ayn? sorunlar var. 2.

Bu k?s?tlamalar ??rencilerime ve web siteme ?ekil 2'deki resmi vermeme yol a?t?. 3. Ancak sizi uyarmak isterim ki bunun da bir?ok s?n?rlamas? var, bunlar? daha sonra tart??aca??m.

?ekil 2'de ima edilen yap?n?n a??r? karma??kl???na dikkat etmek ?nemlidir. G??l? n?kleer kuvvet kadar g??l? bir kuvvet taraf?ndan bir arada tutulan bir nesneden 3 beklenir. Ve bir ?ey daha: Bir kuark-antikuark ?ifti grubunun par?as? olmayan ?? kuark (bir proton i?in iki yukar? ve bir a?a??) genellikle "de?erlik kuarklar" olarak adland?r?l?r ve kuark-antikuark ?iftlerine "deniz" denir. kuark ?iftleri”. B?yle bir dil bir?ok durumda teknik olarak uygundur. Ancak bu, bir protonun i?ine bakabilirseniz ve belirli bir kuark? incelerseniz, onun denizin bir par?as? m? yoksa de?erlik bir kuark m? oldu?unu hemen anlayabilece?iniz gibi yanl?? bir izlenim veriyor. Bu yap?lamaz, b?yle bir yol yoktur.

Proton k?tlesi ve n?tron k?tlesi

Proton ve n?tronun k?tleleri ?ok benzer oldu?undan ve proton ve n?tron yaln?zca yukar? kuark?n a?a?? kuarkla yer de?i?tirmesinde farkl?l?k g?sterdi?inden, k?tlelerinin ayn? ?ekilde sa?land???, ayn? kaynaktan geldi?i muhtemel g?r?n?yor. ve aralar?ndaki fark, yukar? ve a?a?? kuarklar aras?ndaki k???k farktan kaynaklanmaktad?r. Ancak yukar?daki ?? ?ekil, proton k?tlesinin k?kenine ili?kin birbirinden olduk?a farkl? ?? g?r???n varl???na i?aret etmektedir.

Pirin?. ?ekil 1, yukar? ve a?a?? kuarklar?n proton ve n?tronun k?tlesinin 1/3'?n? olu?turdu?unu s?yl?yor: yakla??k 0,313 GeV/c2 veya kuarklar? protonda tutmak i?in gereken enerji nedeniyle. Ve bir proton ile bir n?tronun k?tleleri aras?ndaki fark y?zde birin kesirleri oldu?undan, yukar? ve a?a?? kuark?n k?tleleri aras?ndaki fark?n da y?zde birin kesirleri olmas? gerekir.

Pirin?. 2 daha az a??kt?r. Protonun k?tlesinin ne kadar? gluonlardan kaynaklanmaktad?r? Ancak prensipte, ?ekilden, proton k?tlesinin ?o?unun, ?ekil 2'de oldu?u gibi, hala kuarklar?n k?tlesinden geldi?i sonucu ??kmaktad?r. 1.

Pirin?. ?ekil 3, protonun k?tlesinin ger?ekte nas?l olu?tu?una ili?kin daha incelikli bir yakla??m? yans?tmaktad?r (protonun bilgisayar hesaplamalar? arac?l???yla do?rudan ve di?er matematiksel y?ntemleri kullanarak dolayl? olarak test edebildi?imiz gibi). ?ekil 2'de sunulan fikirlerden ?ok farkl?d?r. 1 ve 2 ve o kadar basit olmad??? ortaya ??kt?.

Bunun nas?l ?al??t???n? anlamak i?in protonun k?tlesi m cinsinden de?il, k?tle enerjisi E = mc 2, yani k?tleyle ili?kili enerji cinsinden d???nmeniz gerekir. Kavramsal olarak do?ru soru "proton m'nin k?tlesi nereden geliyor" de?il, ard?ndan m'yi c2 ile ?arparak E'yi hesaplayabilirsiniz, bunun tersi de ge?erlidir: "E proton k?tlesinin enerjisi nereden geliyor, ” bundan sonra m k?tlesini E'yi c 2'ye b?lerek hesaplayabilirsiniz.

Proton k?tle enerjisine katk?lar? ?? gruba ay?rmak faydal?d?r:

A) ??erdi?i kuarklar?n ve antikuarklar?n (gluonlar, k?tlesiz par?ac?klar) k?tle enerjisi (durgun enerji) herhangi bir katk? sa?lamaz.
B) Kuarklar?n, antikuarklar?n ve gluonlar?n hareket enerjisi (kinetik enerjisi).
B) Protonu tutan g??l? n?kleer etkile?imde (daha kesin olarak gluon alanlar?nda) depolanan etkile?im enerjisi (ba?lanma enerjisi veya potansiyel enerji).

Pirin?. 3, protonun i?indeki par?ac?klar?n y?ksek h?zda hareket etti?ini ve k?tlesiz gluonlarla dolu oldu?unu, dolay?s?yla B)'nin katk?s?n?n A)'dan daha b?y?k oldu?unu s?yl?yor. Tipik olarak ?o?u fiziksel sistemde B) ve C) kar??la?t?r?labilirken, C) genellikle negatiftir. Dolay?s?yla protonun (ve n?tronun) k?tle enerjisi esas olarak B) ve C) kombinasyonundan gelir ve A) k???k bir kesirle katk?da bulunur. Bu nedenle, proton ve n?tronun k?tleleri esas olarak i?erdikleri par?ac?klar?n k?tleleri nedeniyle de?il, bu par?ac?klar?n hareket enerjileri ve par?ac?klar? tutan kuvvetleri olu?turan gluon alanlar?yla ili?kili etkile?imlerinin enerjisi nedeniyle ortaya ??kar. proton. Bildi?imiz di?er sistemlerin ?o?unda enerji dengesi farkl? ?ekilde da??t?l?r. ?rne?in, atomlarda ve G?ne? sisteminde A) bask?nd?r ve B) ve C) ?ok daha k???kt?r ve b?y?kl?k olarak kar??la?t?r?labilir.

?zetlemek gerekirse ?unu belirtiyoruz:

• Pirin?. ?ekil 1, proton k?tle enerjisinin A) katk?s?ndan geldi?ini varsaymaktad?r.
• Pirin?. ?ekil 2'de A) ve B)'nin katk?lar?n?n ?nemli oldu?u ve B)'nin k???k bir katk?da bulundu?u varsay?lmaktad?r.
• Pirin?. ?ekil 3, B) ve C)'nin ?nemli oldu?unu ve A)'n?n katk?s?n?n ?nemsiz oldu?unu ortaya koymaktad?r.

?ekil'in do?ru oldu?unu biliyoruz. 3. Bunu test etmek i?in bilgisayar sim?lasyonlar? yapabiliriz ve daha da ?nemlisi, ?e?itli zorlay?c? teorik arg?manlar sayesinde biliyoruz ki, e?er yukar? ve a?a?? kuark k?tleleri s?f?r olsayd? (ve geri kalan her ?ey oldu?u gibi kalsayd?), protonun k?tlesi ?u ?ekilde olurdu: neredeyse s?f?r de?i?mi? olurdu. Yani g?r?n??e g?re kuark k?tleleri proton k?tlesine ?nemli katk?lar sa?layam?yor.

?ek. 3 yalan s?ylemez, kuark ve antikuark?n k?tleleri ?ok k???kt?r. Ger?ekten nas?llar? ?st kuark?n (ayn? zamanda antikuark?n da) k?tlesi 0,005 GeV/c2'yi a?maz; bu, ?ekil 2'den de anla??laca?? ?zere 0,313 GeV/c2'den ?ok daha azd?r. 1. (Yukar? kuark?n k?tlesinin ?l??lmesi zordur ve ince etkiler nedeniyle de?i?iklik g?sterir; dolay?s?yla 0,005 GeV/c2'den ?ok daha az olabilir). Alt kuark?n k?tlesi, ?st kuark?n k?tlesinden yakla??k 0,004 GeV/s2 daha fazlad?r. Bu, herhangi bir kuark?n veya antikuark?n k?tlesinin, bir protonun k?tlesinin y?zde birini a?mad??? anlam?na gelir.

Bunun (?ekil 1'in aksine) a?a?? kuark?n yukar? kuark k?tlesine oran?n?n birli?e yakla?mad??? anlam?na geldi?ine dikkat edin! A?a?? kuark?n k?tlesi yukar? kuark?n k?tlesinin en az iki kat?d?r. N?tron ve protonun k?tlelerinin bu kadar benzer olmas?n?n nedeni, yukar? ve a?a?? kuarklar?n k?tlelerinin benzer olmas? de?il, yukar? ve a?a?? kuarklar?n k?tlelerinin ?ok k???k olmas? ve aralar?ndaki fark?n k???k, g?receli olmas?d?r. proton ve n?tronun k?tlelerine. Bir protonu n?trona d?n??t?rmek i?in yukar? kuarklar?ndan birini a?a?? kuarkla de?i?tirmeniz gerekti?ini unutmay?n (?ekil 3). Bu yer de?i?tirme, n?tronun protondan biraz daha a??r olmas?na ve y?k?n?n +e'den 0'a de?i?mesine yeterlidir.

Bu arada, protonun i?indeki ?e?itli par?ac?klar?n birbiriyle ?arp??mas? ve s?rekli olarak g?r?n?p kaybolmas?, tart??t???m?z ?eyleri etkilemiyor; her ?arp??mada enerji korunur. Kuarklar?n ve gluonlar?n k?tle enerjisi ve hareket enerjisi, etkile?imlerinin enerjisi gibi de?i?ebilir, ancak i?indeki her ?ey s?rekli de?i?mesine ra?men protonun toplam enerjisi de?i?mez. Yani protonun k?tlesi, i? girdab?na ra?men sabit kal?r.

Bu noktada durup al?nan bilgiyi ?z?mseyebilirsiniz. ?nan?lmaz! S?radan maddenin i?erdi?i k?tlenin neredeyse tamam? atomlardaki n?kleonlar?n k?tlesinden gelir. Ve bu k?tlenin b?y?k bir k?sm? proton ve n?tronun do?as?nda olan kaostan, n?kleonlardaki kuarklar?n, gluonlar?n ve antikuarklar?n hareket enerjisinden ve n?kleonu t?m halinde tutan g??l? n?kleer etkile?imlerin enerjisinden gelir. Evet: Gezegenimiz, bedenlerimiz, nefesimiz b?ylesi bir sessizli?in ve yak?n zamana kadar hayal bile edilemeyecek bir karga?an?n sonucudur.