Atomaltı Parçacıklar

Birleşik Kuramlar
Elektromanyetik kuvvet, kütleçekimi dışında bilinen tek uzun menzilli kuvvettir. 1940’lar elektromanyetik kuvvetin kuantum kuramının zaferini görmüştü. Elektromanyetik kuvvet,atom ve moleküllerin bağlanmasından yükümlüdür ve parçacıklar arasındaki uzaklığın karesiyle azalan,uzun menzilli bir kuvvettir. Paul Dirac’ın çalışması 1927’de kendi elektron kuramında kuantum ile özel göreliliği başarıyla birleştirdi. Ancak kuantum kuramıyla elektromanyetizmanın evliliği,elektromanyetik kuvvet,fırtınalı bir evlilikti,can sıkıcı problemlerle doluydu.
İki kuramı birleştirme uğraşı,resmi olmayan bir biçimde Sonsuzlara karşı savaş diye adlandırılmıştı ve 1940’ların ortalarına doğru bir yanda sonsuzu öte yanda da fiziğin en parlak güneşlerini içeriyordu: Pauli, Weisskopf, Heisenberg, Hans Bethe ve Dirac ve de bazı yeni doğmuş yıldızları: Cornell’de Richard Feynman, Harvard’da Julian Schwinger, Princeton’da Freeman Dayson ve Japonya’da Sinitro Tomonaga. Sonsuzlar şundan çıkmıştı: basitçe tanımlandığında insan elektronun bazı özelliklerinin değerini hesapladığında yeni göelilikçi kuantum kuramlarına göre yanıt “sonsuz” oluyordu. Sadece büyük değil, sonsuz.
Kuantum Elektrodinamiği(KEDİ)
Lederman anlatıyor:
"Sonsuz denen matematiksel niceliği canlandırmanın bir yolu tam sayıların toplam sayısını düşünmek sonra da buna bir sayısını eklemektir. Her zaman bir fazlası vardır. Bir başka yol, bu zeki ama derinden mutsuz kuramcıların hesaplamalarında ortaya çıkması daha olası yol paydası sıfır haline gelen bir kesri hesaplamaktır. Çoğu cep hesap makineleri aptalca bir şey yapmış olduğunuz konusunda sizi uyarırlar. Eski röleli hesap makineleri gıcırtılı birtakım sesler çıkartır ve genellikle koyu bir duman salıp dururlardı. Kuramcılar sonsuzları elektromanyetizmle kuantum kuramının evliliğinde kullanılan yolun derenlerinde yanlış bir şeyler bulunduğunun bir işareti olarak gördüler-belki de bizi fazla kışkırttığı için bu mecazı kullanmamız gerekir. Ne olursa olsun ayrı ayrı çalışan Feynman, Schwinger ve Tomonaga 1940’ların sonlarında bir tür zafer elde ettiler. Sonunda elektron gibi yüklü parçacıkların özelliklerini hesaplayamamanın üstesinden geldiler.
Bu kuramsal buluş için büyük bir ivme Columbia’da benim öğretmenlerimden biri Willis Lamb tarafından gerçekleştirilen bir deneyden geldi. Hemen savaş sonrası yıllarda Lamb birçok ileri kurs veriyor ve elektromanyetik kuram üzerinde çalışıyordu. Aynı zamanda Colombia’da geliştirilen radar teknolojisini kullanarak hidrojen atomu içinde belirli enerji düzeylerinin özellikleri üzerine son derece kesin bir deney tasarladı ve gerçekleştirdi. Lamb’ın verileri deneyinin güdülenmesine hizmet ettiği yeni ortaya atılmış kuantum elektromanyetik kuantumunun en incelikli parçalarının bazılarını sınamaya olanak veriyordu. Lamb’ın deneyiminin ayrıntılarını atlıyorum ama çalışan bir elektrik kuvveti kuramında heyecan verici yaratılar için yeni ufuklar açan bir deney olduğunu vurgulamak isterim.
Kuramcılardan doğan şey, “yeniden normalleştirilmiş kuantum elektrodinamiği” denen bir şeydi. Kuantum elektrodinamiği ya da KED, kuramcıların elektronun ya da onun daha ağır kardeşi muonun özelliklerini virgülde sonra onuncu basamağa kadar hesaplamalarına olanakr verir.
KED bir alan kuramıydı bu yüzden de bize bir kuvvetin iki parçacığı, diyelim ki iki elektron arasında nasıl taşındığının fiziksel bir resmini vermişti. Newton’un, Maxwell gibi uzaktan etki fikriyle sorunları vardı. Düzenek neydi? Pek zeki eskillerden biri, kuşkusuz Demokritos’un bir arkadaşı,Ayın gel-gitler üzerine etkisini keşfetti ve bu etkinin aradaki boşluktan geçip kendini nasıl gösterdiği üzerine kafa patlattı. KED’de alan nicelleştirilir,yani kuantumlara-daha fazla parçacık-bölünür. Ancak bunlar madde parçacıkları değildir. Alan parçacıklarıdır. Etkileşim içindeki iki madde parçacığı arasında ışık hızında yol alarak kuvveti taşırlar. Bunlar KED’de fotonlar diye adlandırılan haberci parçacıklardır. Diğer kuvvetlerin kendi farklı habercileri vardır. Haberci parçacıklar, bizim kuvvetleri görselleştirme yolumuzdur."