21.yy Fiziği Sicim Teorisi; ve Maddenin

Gizemi

Ali ÖVGÜNİzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

Madde Nedir?

Democritus maddeyi oluşturan daha küçük temel parçacıklar olduğunu düşünüyordu.

Doğa saklanmayı sever...

Madde nerden oluşur?1964lere kadar maddenin sadece 3 temel parçacıktan oluştuğu düşünülüyordu;

proton, nötron, elektron

-- J.J.Thomson (1897): Elektronu keşfetti

-- Rutherford ( 1909): Protonu keşfetti

-- Chadwick (1932): Nötronu Keşfetti

--SLAC (1968): Kuarklar Keşfedildi

Kütle Problemine Genel Bakış

• Neden filin kütlesi karıncanınkinden daha fazla?

•Atomu oluşturan temel parçacıklar nasıl kütle kazanır?

Atomdan Kuarklara....

•Proton ve Nötron Kuarklardan OLUŞUR

•Kuarklar ve Elektronlar daha küçük parçacıklardan OLUŞMAZLAR

• Bunlar kütlelerini nerden alıyorlar???

•Elektron ve Kuarklar ?

Farklı tür temel parçacıkların neden kendilerine özgü kütleleri var?

Fermiyonlar

Bozonlar3. nesil

2. nesil

1.nesilKütle ( giga-elektron-volt)

Kütlesiz Bozonlar

Temel parçacıkların en az 11 farklı kütle çeşiti vardır.

Bu parçacıkları bir arada tutan nedir?

-- doğadaki en temel kuvvet nedir? (???)

Doğada bilinen 4 temel kuvvet :

•Kütleçekimsel Kuvvet : İnsanların başına elma düşmesini , gezegenlerin birbirlerini çekmesini ( ama itmemesini ) sağlayan Newton’un elma hikayesinden türemiş kuvvet. Tabi Genel Göreliliğe göre kuvvet falan yok ortada...

•Elektromanyetik Etkileşim: elektronu çekirdeğin etrafında tutan ve ve kimya biliminin doğmasını sağlayan kuvvet. Maxwellin 4 var olan denklemi birarada yazması ve bir terim eklemesiyle oluştu.

•Kuvvetli Etkileşim : kuarkları bir arada tutan ve sonucunda atomun çekirdeğini oluşturan

•Zayıf Etkileşim : beta rakyoaktivitesinden sorumlu , bu da bize antimadde konseptini kazandırıyor.ayrıca uranyum gibi maddelerin radyoaktif bozunmasından sorumlu kuvvettir.

Neden etkileşim de kuvvet değil?Kuantum Teorisinden önce kuvvetler , kuvvet alanlarıyla temsil ediliyordu.

Kuantum Teorisine göre, örneğin 2 kuark arasındaki kuvvet taşıyıcı bir parçacık olmadan yani bozonsuz tasvir edilemez.Bozon ne kadar ağır olursa , o kadar kısa mesafelere kuvveti yeter

Elektromanyetik etkileşimin taşıyıcısı : γ ( foton )

Kuvvetli Etkileşimin taşıyıcısı : gluon

Zayıf Etkileşimin taşıyıcıları: ve Z0 W

Kütleçekimi kuvveti en zayıf olan kuvvettir, ve teorik olarak graviton denilen bozon tarafından oluştuğu düşünülür.

Birleştirme:

4 Kuvvetin Birleştirilmesi• Elektrik + Manyetik

= Elektromanyetik

• Elektromanyetizma + Zayıf = ElektroZayıf

• ElektroZayıf + Kuvvetli = Büyük Birleştirme Teorisi

• BBT + Kütleçekimsel Kuvvet = Herşeyin Teorisi(HT)??

• Parçacıkların etkileşmesiyle değil; geometriyle ilgili...

• Kalan diğer güçler gibi kuantum alan kuramı çerçevesinde bu kuvveti dahil etmek imkansız

Kütleçekimi

Kuantum Kütleçekimi Teorisi

• Yer ve zaman bir kuantum şeklinde çok küçük ölçeklerde mi dalgalanıyor?

• Kuantum Köpüğü ???

• Bu matematiksel olarak nasıl tanımlarız?

Aday Teoriler:

1.Sicim Teorisi2.Döngüsel Kuantum Kütleçekim

Teorisi3.SüperKütleçekim Teorisi

Atom içindeki Fizik

Temel Parçacıklar( 10 m ) ─17

Sicim Teorisi

Sicimler m10 35

Fermiyonlar: elektron, muyon, tayuon nötrinolar (3 flavors) kuarklar - yukarı, aşağı, acayip, tılsımlı, alt, üst

Bozonlar (Kuvvet Taşıyıcılar): foton (elektromanyetizma) gluyon (kuvvetli) , Z (zayıf)W

Higgs parçacığı

Sicim Teorisi

İlk Bozonik Sicim Kuramı bulundu.Veneziano

1960

Bozonik Sicim Kuramı Fermiyonlar için çalışmıyor...

!!! Ayrıca kütlesi negatif olan

takyon ortaya çıkıyor

1971 Ramond , Schwarz ve Neveu nin çalışmalarıyla süpersimetrinin

eklenmesiyle bu sorun çözüldü.Süpersimetrinin temeli sicim

teorisindeki bir problemi çözmek için öne sürülen fermiyon-boson ilişkisine

dayanır.( Wess ve Zumino 1973)

SÜPERSİMETRİ + SİCİM = SÜPERSİCİM TEORİSİ

SÜPERSİCİM TEORİSİ

• Herşeyin Teorisi için en iyi aday...• Varsayılan tüm temel parçacıklar aslında noktasal parçacıklar yerine sicim ipliği nesneleri gibidir• Bütün parçacıklar aynı tür sicimlerin farklı tür titreşim ve dönmelerinde oluşurlar

elektronfoton

Supersicim demek daha fazla parçacık demek,

daha fazla başa bela....

Noktasal parçacıklar ve sicimler farklı etkileşir

Zaman

Neden 3 parçacık ailesi var?

Ekstra Boyutlar?

• Süpersicim Teorisi uzay-zamanın 10 boyutlu oldugunu öngörür.(9 uzay+ 1 zaman)

• Ekstra 6 uzaysal boyutunPlanck uzunluğu kadarküçük bir uzayda kıvrılmış olmasını öngörür

Süpersicim Teorisi: atomaltı parçacıkların teorisi

,çözünürlükte bütün temelParçacıklar tek boyutlu sicimlerdir

m10 35S

Bir sicimin 2 sicime ayrılması ya da 2 sicimin Birleşip bir sicim oluşturmasının belirleyen :Sicim eşleşme sabitidir.

Bu basit kuralla standart model parçacıklarının Özellikleri uyuşur.

S

Sicim eşleşme sabiti, g,Etkileşimin olasılığınıbelirler

Zaman

Sicimlerin 2 tür enerjileri vardır.1.Titreşim Enerjileri =Kinetik Enerji gibi

2.Sarmal Enerjileri = Potansiyel Enerji gibi

1/R (Sicim Yarıçapı) titreşim enerjisi

Sonuç :

Yarıçapa verilen değerin birbirleriyle ters orantılı olması( 10 ve 1/10 ) gibi özel bir durumda, mümkün olan enerjiler ve yükler birbirlerinin aynıdır.

Yani 1/R = 10^-61 ve R=10^ 61 gibi mesafelerde fizik yasaları aynıdır.... !!!!

Kozmoloji: erken evrenin aşırı koşulları küçük ölçeklere   ve yüksek enerjilere bir pencere vermektedir

Sicim Fiziği

Sicim kalıntıları veya Şimdiki etkileri ?

Bizim elimizdeki mikroskobun Optiğini anlamamız gerekir.

Şimdi

Geçmiş

Gelecek

Sicimle Tekillikten kurtuluş...

Atomaltı parçacıklar

Temel Parçacıklar ( 10 m ) --17

Fermiyonlar: elektron, muyon, tauyon nötrinolar kuarklar

Bozonlar (Kuvvet Taşıyıcılar): foton (e-m) gluon (kuvvetli) , Z (zayıf)W

Higgs parçacığı

Sicim Teorisi !!!

Eksik olan NE???

Graviton (Kütleçekimi!!)

Süpersicim Teorisi: kütleçekim teorisi

m10 353

cG

S

Graviton denen paketlenmiş enerji parçacığı gerektirir!

Çok uzun mesafelerde , den çok daha büyük olması Koşulunda Einsein’ın Kütleçekim denklemi ;

TGgR 8R 21

Sicimin uzunluk ölçeğini ayarlar

Süpersicim, Kuantum Alan Teori ile Relativistik Kütleçekim Teorisini Birleştirmeyi sağlar.

S

Newton sabiti

Süpersicim Teorisi: Şeytan detaylarda gizlidir

• 10 boyutlu uzay-zamanda yaşadığımızı öngörür.Deneysel olarak: Biz 4 boyutlu uzay-zamanda yaşıyoruz!

Belkide biz ekstra boyutları göremiyoruz. (1 zaman and 3 uzay)

Yararları: 4 boyutlu uzay-zamanın zenginliği , ekstra boyuların geometrisinden gelir.

Süpersicim Teorisi: Şeytan detaylarda gizlidir

•Belkide biz ekstra boyutları göremiyoruz.

(Süpersimetri: her bir fermiyon için bir tane bozon eşi Süpereşler çok ağır kütleli....

Çözüm: Belkide daha yüksek enerjilere bakmalıyız.!!!

Yararı: Süpersimetri teorideki kuantum dalgalanmaları yumuşatır.

• 10 boyutlu uzay-zamanda yaşadığımızı öngörür.•Deneysel olarak: Biz 4 boyutlu uzay-zamanda yaşıyoruz!

Süpersicim Teori: Detay, detay , detay….

• 5 tane sicim teori vardır: Type I, Type IIA, Type IIB, Heterotic E8 X E8, Heterotic SO(32)

• Tahmin: Bütün farklı sicim teorileri aslındabir teorinin çözümleridir.

M-teorisi

Neden 1 tane değil ki???

Sicim Teorisi , sicimlerden daha fazlasını Vaad eder!

• D-branes: sicim teorisi başka nesneleri de içerir; 0, 1, 2, . . . boyutlarında

particlesstrings membranes

p-branes

Yüzey-Dünya Senaryosu

Süpersicim Teorisi: Herşeyin teorisi

• M-teori Tahmin: Bütün farklı sicim teorileri aslındabir teorinin çözümleridir.

M-teori aslında 11-boyutlu süperkütleçekimini de kapsar!

M-TEORİSİ

Ancak deneme ile kanıtlanması gerek!!!

?? Planck ölçeğinde FİZİK??

Sicim/M-teorisi yeni fikirlerin çok güzel bir kaynağıdır

Süpersicim Teorisi: teorinin kanıtlanması çok güzel bir deney gerektirir

hızlandırıcı deneyleri: araştırmak 1012 eV ve Tevatron ve Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ilerisi ….

kozmoloji deneyleri: evrenin aşırı koşullarında sicimlerle ilgiligünümüze gelen bir kalıntı olabilir

Süpersicim Teorisi:

Fiziksel evrenimiz için matematiksel bir model

Sicim teorisi çalışmak için çok fazla ve iyi birşekilde modern matematik teorilerini bilmek Ve geliştirebilmek gerekir.

Halen daha sicim teorisinin matematiksel modelini arıyoruz...

Sicim Teorisinin Özeti:Benim çok iyi bir fikrim var.Düşün ki bütün madde ve enerji çok küçük titreşen sicimlerden yapılmıştır.

Tamam da bu neyi ifade ediyor ?

BİLMİYORUM

Süpersicim Teorisi:

Biz halen daha resmi nasıl tamamlaycağımızı bilmiyoruz...

Fiziksel evrenimiz için matematiksel bir model

Süpersicim Teoricileri için ; macera yeni başlıyor !!!!