Atom Altı Parçacıklar

Faraday çalışmalarında maddenin temel yapıtaşı olan atomu incelemiştir. Daha sonra yapılan araştırmalar sonucunda atomun, pozitif yüklü çekirdek ve çekirdeği çevreleyen negatif yük bulutlarından oluştuğu öngörülmüştür. Detaylı incelemelerde çekirdek etrafındaki elektronların belirli enerji katmanlarında olduğu anlaşılmıştır.

Atom altı taneciklerin çarpıştırılması ile yapılan deneylerden "standart model" geliştirildi. Standart model; farklı temel taneciklerin nasıl düzenlendiğini ve değişik kuvvetler aracılığıyla birbiriyle etkileşimini açıklar. Standart modele göre temel tanecikler kuarklar ve leptonlar olarak ikiye ayrılır.

Standart modele göre evrende, temel parçacık olarak; 6 çeşit kuark, 6 çeşit lepton, kuark ve leptonların "karşıt" parçacıkları ve bu parçacıklar dışında da parçacıklar bulunmaktadır.

Lepton ve Antilepton; Leptonlar elektron, muon ve tau parçacıkları ile bu parçacıkların her birinin nötrinolarından oluşmaktadır. Her bir leptonun da birer karşıt leptonu vardır.

 Leptonlardan elektron, kütlesi 9,1.10^-31 kg ve spini 1/2 olan negatif yüklü bir parçacıktır. Elektron en küçük kütleli leptondur. Bozunarak oluşturacağı daha küçük parçacık olmadığından kararlıdır. 

Kuark ve Leptonların benzer ve farklı özellikleri

Proton ve nötronlar farklı kuark tiplerinin bir araya gelmesiyle oluşmuştur. 

Protondaki ve nötrondaki kuarkların yükü toplandığında protonun yükü +1, nötronun yükü 0 çıkar.

Doğada 4 temel etkileşim (kuvvet) vardır: Güçlü nükleer kuvvetler, Zayıf nükleer kuvvetler, Elektromanyetik kuvvet, Kütle çekim kuvveti.

Güçlü nükleer kuvvet: Proton ve nötrondaki kuarkları bir arada tutan kuvvetlerdir. Standart modele göre, atom altı parçacıklar arasındaki çekme/itme kuvvetleri çok küçük parçacıkların alışverişi sayesinde mümkün olur. Etkileşen iki kuark alınıp verilen temel parçacıklara gluon denilmektedir.

Zayıf nükleer kuvvet: Çekirdek içinde proton-nötron etkileşiminin yanında proton-proton ve nötron-nötron çekimi de gerçekleşir. Bu etkileşimler protonlar arası itmeyi fazlasıyla karşıladığı için protonların özdeş yüklerine rağmen çekirdekler kararlıdır. Bu kararlılığı sağlayan nükleonlar arası zayıf nükleer etkileşimlerdir.

Bir çekirdekte nükleon sayısı çok aşırı değilse zayıf nükleer kuvvetler (çekim), protonlar arası elektriksel kuvvetleri (itme) yener ve çekirdek kararlı olur. Ancak nükleon sayısı çok arttıkça (83’ü aşmışsa) zayıf nükleer kuvvetler sıfıra yaklaşır ve çekirdek kararsız olur.
(bkz. kararlılık kuşağı )