Üst kuarkın keşfi

"Üst kuark", bir tür temel parçacık, yani atomun bir yapıtaşlarından biri. Atomların bileşik ve bölünemez olduğu (Yun. a tomo= "bölünemez") sanılıyordu. Ancak daha sonra teorik olarak atomun parçalanabileceği gösterildi ve Amerika’daki İkinci Dünya Savaşı yıllarında "Manhattan Projesi" ilk atom bombasının üretilerek patlatıldı (Japon kentleri Hiroşima ve Nagazaki’ye atıldı!).

Maddeyi atomsal açıdan inceleyebilmek için büyük enerjilere ihtiyaç duyulur. Çünkü yapıtaşları birbirine sıkı sıkıya bağlıdır. Bu tür yüksek enerjiler üretebilen makinelere parçacık hızlandırıcısı denir. En küçük parçaların incelenebilmesi için bu hızlandırıcılarda enerji yüklü parçacıklar (elektron, proton ve hatta iyonlar) birbirleriyle çarpıştırılır ve ortaya çıkan sonuçlar incelenir.

Işık hızına yakın

Bu tür yüklü bir parçacığı sanki tek bir taştan oluşan bir Lego gibi düşünebiliriz, ama gerçekte birbirine çok güçlü bir şekilde tutunan daha küçük taşlardan meydana gelmiştir. Bunlar büyük havasız tüplerden oluşan birkaç kilometre çapındaki parçacık hızlandırıcısında neredeyse ışık kadar hızlandırılırken (yaklaşık 300.000 km/s) manyetik alanlarla yönlendirilir.

Yeterli çarpışma sağlanabilmesi için, ayrı ayrı parçacıklar değil, zıt yönde iki parçacık bulutu gönderilir, parçacık hızlandırıcısında. Manyetik alanların uygun bir şekilde ayarlanması sayesinde parçacık ışınları belli yerlerde yüzleşerek çarpışırlar.

Ve bu noktalarda en küçük parçacıkları inceleyen detektörler yerleştirilmiştir. Bir parçacık ne kadar hızlı ise yapısı hakkında o kadar fazla bilgi edinilebilir. Fakat artık ışık hızına yakın hızlarda çalışılıyor, ve hızı daha yükseltmek git gide zorlaşıyor. Işık hızının %99,5’den %99,6’a ulaşmak için gerekli enerji, %99.4’ten %99,5’a ulaşmaktan çok daha fazladır. Ve bunun için de yeni makinelere gerek vardı.

En yüksek hız

Üst kuarkın varlığı en sonunda Fermi-Lab kurumundaki "Tevatron" hızlandırıcısında kanıtlanabildi. Einstein’ın E=mc2 formülüyle kanıtlamış olduğu gibi, ışık hızını aşmak mümkün değil. Çünkü parçacıklar hızlandıkça, ışık hızına yaklaştıkça ağırlaşır. Dolayısıyla da bunları hızlandırmak için sonsuz enerjiye ihtiyaç duyulur. Demek ki ışık hızının en fazla %99,99999999...’una ulaşılabilir.

Kuarkı belirleyen özellikler tamamen yeni oldukları için fizikçiler eğlence olsun diye kuarklarda "Flavour" (tat) ve "Colour" (renk) gibi terimlerden söz ederler. Fakat bu tanımlamaların parçacıkların rengi veya tadıyla hiçbir ilgisi yoktur. Sadece karşılıklı etkiyi açıklar. Kuarklar doğadaki varlıklarını tek başlarına değil, ikili veya üçlü gruplar halinde sürdürürler.

Deneyler, kuarkların gerçekten de temel parçacıklar olduğunu yani daha küçük parçacıklardan oluşmadığını göstermiştir.

Açıklamalar:

Kuark: Kuarkları görmek mümkün değil, varlıkları ancak çok zor deneylerle kanıtlanabilmekte. Bu amaçta, protonlar çok hızlı elektronlarla çarpıştırılır. Elektronların birçoğu yönlerini değiştirirken bazıları da sanki protonun içinde minik küreciklerle çarpışıyormuş gibi uçuş yönünden tamamen dışarı atılır. İşte bu kürecikler kuarklardır.

Elektron: Elektron Yunanca’da kehribar demektir. Eski yunanlılar bile kehribarı bir beze sürterek statik elektrik elde edilebileceğini biliyorlardı. Elektron negatif yüklü parçacıktır.

Proton: Proton, nötronla birlikte atomun çekirdeğine aittir. Elektronun aksine pozitif yüklü olan proton çok daha ağırdır.

Nötron: Nötron elektriksel açıdan nötrdür. Protonla birlikte "Nükleon" olarak anılır. (Atomun temel yapıtaşı).

İyon: İyon kavramı Yunanca’dır ve "göçer" anlamına gelir. İyon, elektronu bulunmayan veya ilave edilmiş elektrik yüklü atomdur. Bu şekilde nötr olmaktan çıkar ve elektrik veya manyetik alana "göçer".

Fermi-Lab: Chicago yakınlarındaki bir parçacık hızlandırıcısı laboratuarıdır ve adını İtalyan fizikçi Enrico Fermi’den almıştır.