Etkileşim Nedir? Ve Spin Kavramı

Birden çok sistemin karşılıklı birbi­rini etkilemesi.

Günümüzde bilinen bütün fiziksel olaylar yalnızca dört etkileşim yar­dımıyla açıklanabilirler: Çekim etki­leşimi; elektromagnetik etkileşim; kuvvetli etkileşim; zayıf etkileşim. XVII. yy. sonlarından bu yana bütün kütleler arasında bir çekim etkileşimi’nin var olduğu bilinmektedir. Söz konusu etkileşim, yeryüzünde yer­çekimi kuvvetlerinin kökenini oluş­turur; Evren’deyse gökcisimlerinin hareketlerini denetler. Buna karşılık, atom içindeki rolü çok önemsiz­dir: Bir atomun iki elektronu arasın­da etkiyen elektrostatik itme kuvve­ti, bunların çekiminin 10⁴² katı daha şiddetlidir. XX. yy. başların­da, Einstein’ın geliştirdiği genel bağıllık kuramı, çekim etkileşiminin yeniden betimlenmesine yol açmış ve iki sistem arasındaki çekim etküeşiminin, graviton adlı tanecik (kütlesiz ve spini 2’ye eşit) alışveri­şinden kaynaklandığı düşünülmeye başlanmıştır. Bunlara eşlik etmesi gereken ve sürekli araştırılan gravitonlar ve çekim dalgalarıysa, etkile­rinin aşın küçük olmasından dolayı, deneysel olarak kesin biçimde sap­tanamamışlardır .

Elektromagnetik etkileşim’in incelen­mesine XVIII. yy’da (Coulomb) baş­lanmış ve incelemeler XIX. yy. boyunca sürdürülmüş (Ampere, Faraday, Maxwell, Lorentz), XX. yy. başlarında Planck, Einstein ve Brog- lie, fiziğin geri kalan bölümüne bü­tünüyle uygun düşen tutarlı bir elektromagnetizma tanımı geliştir­mişlerdir. Elektromagnetik etkile­şim, yükü olan bütün tanecikler arasında bulunur; çok şiddetlidir ve büyük uzaklıklarda etkir. Kendine ,zgü olan incelenme yöntemi saye­sinde, çeşitli olaylar açıldığa kavuş­turulur; Elektriksel olarak kabul edilen olaylar; bütün optik olayları; kimyasal tepkimeler; sürtünme ve ağdalüık olayları: katiların ve sıvı­ların kohezyonu; vb. Kuvanta meka­niği üstüne kurulu olan günümüzde­ki tanımı, elektromagnetik etkileşi­min, foton adı verilen kütlesiz ve spini l’e eşit olan tanecik alışveri­şinden kaynaklandığını kabul et­mektedir.

Kuvvetli Etkileşim ve Zayıf Etkileşim

Atom çekirdeğinin XX. yy’da bulun­masıyla, iki yeni etkileşimin var olduğu ortaya çıktı. Söz konusu et­kileşimlerin ortak noktası, erimle­rinin çok zayıf (1Cr¹⁵ m düzeyinde) olmasıdır. Bu nedenle de, etkileri nükleer fizik (bu terim, çekirdek ve taneciklerin incelenmesi gibi geniş anlamda alınmalıdır) alanının dışın­da hissedilmez. Kuvvetli etkileşim, atom çekirdeğinde bulunan tanecik­ler (protonlar ve nötronlar) arasın­da çekici olarak etkir; protonların birbirleri üstündeki şiddetli elektro­statik itişlerine karşın, kararlı çe­kirdeklerin var olabileceğini açık­lar. 1934 yılında kuvvetli etküeşim kuramını geliştiren japon Hideki Yukawa, kuvvetli etkileşimi, kütlesi, elektronunkinin 237 katına eşit spin- siz tanecikler olan pimezonlann (yani, piyonlar) sürekli alışverişi olarak yorumlamaktadır.

Şiddeti çok düşük olan zayıf etkile­şim, birçok taneciğin parçalanması sırasında, özellikle de radyoaktif süreçlerde ortaya çıkar. Dört temel etkileşim arasında en az bilinenidir; 1970 yılından bu yana en büyük ta­necik hızlandırıcılar içinde gerçek­leştirilen pek çok deneyin amacı, bu olayın etki koşullarını saptamaktır. Evreni yöneten etkileşimleri birleşti­ren bir betimlemeyi gerçekleştirme kaygısı, fizikçileri, oldukça önemli sonuçlara ulaştırmıştır. Her etkile­şimin, etkileşen sistemler arasında­ki sürekli bir bozon (spini bir tam sayı plan tanecik) alışverişinden kaynaklandığı sanılmaktadır. Değiş- tokuş edilen bozonun spini çift oldu­ğunda (bu durum, gravitonun spini 2 olduğu için çekimde, piyon spinsiz olduğu için kuvvetli etkileşimde söz konusudur), kurama göre, etkileşim her zaman çekici olur; bu durum deneylerle de doğrulanmıştır. Buna karşılık, değiş-tokuş edilen bozonun spini tekse (bu durum, spini 1 olan foton alışverişinden kaynaklanan elektromagnetizma için geçerlidir), özdeş iki tanecik arasında itişe yol açan bir etkileşim söz konusudur; bu da, uzun süredir bilinen, aynı yükte iki taneciğin birbirini itmesi olayına denk düşer. Nicelik bakı­mından kuram, etkileşim yapan sistemin r uzaklığındaki belli bir et­kileşimin V potansiyelinin alacağı biçimin belirlenmesini sağlar:

V = 1 _e â Etkileşime özgü olan a de­ğişmezi, bunun erimidir; gerçekten, birkaç a’lık bir uzaklığın ötesinde e-i üstel azalma, etkileşimin his­sedilmeyecek bir düzeye gelmesine neden olacak büyüklüktedir. Ku­ram, m kütleli bozon alışverişine denk gelen a eriminin, önceden kes­tirilmesini de sağlar; c ışık hızı ve H indirgenmiş Planck değişmezi olarak alındığında, a = M/mc olur. Bu bağıntı zayıf etkileşimdeki a erim değerini verir; ayrıca kütlesiz bozonlara eşlik eden çekim etkileşimine ve elektromagnetik etkileşime, sonsuz bir erim niteliği yükler. Bunun anla­mıysa V bağıntısındaki üstel’in, bu durumda 1 olduğudur; böylece l/r’ lik potansiyel bulunur. Zayıf etkile­şimden sorumlu olan bozon ya da bozonlar henüz tam anlamıyla bu­lunmamıştır; yalnızca biri, 1973 yılında Cenevre’deki Avrupa Nük­leer Araştırmalar Merkezi’nde sap­tanmış gibidir; yüksüz olduğu için, ortaya çıkmasına eşlik eden olguya ‘ ‘yüksüz akım’ ’ adı verilmektedir.

SPİN KAVRAMI

Bir temel tanecik, kendi çevresinde dönen bir bilye olarak gösterilebilir. Dönme hareketine (İngilizcede: spin), taneciğin dönme ekseninin taşıdığı vektör olan 3 kinetik mo­menti denk düşer. Kuvanta mekani­ği, kinetik momentin gelişigüzel bir doğrultuya yönelemeyeceğini gös­termiştir. a’nin olası yönelme sayısı, taneciğe özgü olan ve bunun spini olarak adlandırılan bir s sayısıyla belirlenir. Daha kesin biçimde, K indirgenmiş Planck değişmezi oldu­ğunda, s ’nin herhangi bir Oz ekseni üstündeki ^a₂ izdüşümü ancak, s* ve s* arasında bulunan değerlerin kesintili bir dizisine sahip olabilir. Böylece, spini 1/2 olan, elektron gibi bir tanecik için, <?, ancak H/2 yada */2 değerlerinden birini alabilir.

Hadi Paylaş!