Doğanın dört temel kuvveti; güçlü etkileşimler (gluonlar), elektromagnetik
kuvvet (fotonlar), zayıf etkileşimler (W ve Z bozonlar), yerçekimi kuvvetidir
(gravitonlar).
Bir elektrostatik alan, yüklü bir objenin etrafındaki bir
bölgedir; burada, diğer bir yüklü objeye kuvvet uygulanır. Benzer şekilde, bir
gravitasyonal alan bir kütlenin etrafında bulunan ve diğer bir kütleye kuvvet
uygulanan bir bölgedir. İlgili kuvvetlerin boyutları yükler, kütleler ve
mesafelerin büyüklüğüyle belirlenir. Bu kuvvetler konu ile ilgili eşitliklerle
oldukça doğru hesaplanabilir, fakat bu eşitlikler kuvvetlerin nedenlerini
açıklamaz.
Bu nedenleri açıklayabilmek için ‘değiştokuş partikül’
olarak tanımlanan kavrama gereksinim vardır: Değiştokuş (exchange) veya sanal (virtual) partikül, diğer partikülerle
etkileşerek itme veya çekme etkisi üreten partiküllerdir; bunu, diğer partiküller
arasında ileri geri gidip gelerek, küçük enerji paketleri taşıyarak yaparlar.
Doğanın dört temel kuvveti; gluonlar,
fotonlar, W ve Z bozonlar, gravitonlar
1. Güçlü Kuvvet (strong force)
Bazan renk kuvveti de denen güçlü kuvvet, çekirdeği ve kuarkları birarada tutan kuvvettir. Çekirdek ve nükleonların değiştokuş partikülleri farklıdır.
Pionlar (p, p+, p0) değiştokuş partiküllerdir; çekirdekte protonları ve
nötronları birarada tutar. Örneğin, proton-nötron etkileşimindeki güçlü
kuvvete, kalıntı veya çekirdek kuvvet denir. Bu, kuarkları bir nükleonda
birarada tutan temel güçlü kuvvetin yarattığı etkidir.
Gluonlar (g), bireysel nükleonların
içinde hapsedilmiş kuarkları tutan değiştokuş partiküllerdir; ‘geyç (ölçü)
bozonları’ olarak adlandırılırlar ve 8 farklı tipi (veya rengi) vardır. Feyman
diyagramı, gluon değiştokuşuyla bir kuark-antikuarkın yok olmasını ve
yaratılmasını gösterir.
2. Electromagnetik Kuvvet (Electromagnetic Force)
Elektromagnetik kuvvet için değiştokuş partikülü sanal (virtual) g gama fotonudur. Bir virtual foton iki elektron arasında değiştokuşla onların birbirlerini itmesine neden olur.
Foton (g), elementer bir partiküldür; bir ışık kuantumuna veya diğer elektromagnetik radyasyon kuantumuna verilen addır.
Elektromagnetik kuvvet, elektrik yüklü partiküller
arasındaki etkileşimdir.
3. Zayıf Kuvvet (Weak Force)
Ara vektör bozonları (W+ W- Z0) denilen küçük bir partiküller grubu zayıf kuvvetlerin ölçülmesini sağlar.
W+ bozon, bir nötrino ve bir nötron arasında etkileşimle bir proton ve bir elektron
yaratılmasıyla ilişkilidir. W- bozon, bir nötronun bir proton, bir elektron ve bir nötrinoya
ayrışmasıyla ilişkilidir.
Bir nükleon içinde zayıf kuvvet, bir ‘d’ kuarkı bir ‘u’
kuarka değiştirdiğinde ne olur? Yapı, ‘udd’den (bir nötron) ‘uud’ye (bir
proton) değişir. Değişim, yani değitokuş noktasında bir W0 partikülü
emitlenir ve hemen bir elektron ile bir elektron anti-nötrinoya parçalanır.
Z bozon,
partiküller arasında yük transferi olmayan çarpışmalarla ilişkilidir.
4. Yerçekimi Kuvveti (Gravitational Force)
Graviton (G), yerçekimi kuvveti için değiştokuş partikülüdür. Graviton ilk defa 2016’da gözlenmiştir.
Değiştokuş
partiküllerin sonuçlandırdığı özellikler: 1. Geyç bozon (W+ W-
Z0), 2. Durgun kütle (sıfır), 3. Elektronik yük (sıfır), 4.
Spin (= 2)
