How big is Zayıf Kuvvetin Menzili?

Zayıf kuvvet, doğanın dört temel kuvvetinden biridir ve yalnızca çok kısa uzaklıklarda etki eder. Menzili, yani erişebildiği uzaklık, yaklaşık 10⁻¹⁸ metre, yani 1 attometredir. Bu, bir protonun genişliğinin binde birinden azdır.

Uzaklık

Bir attometre 10⁻¹⁸ metredir; yani bir metrenin milyarda birinin milyarda biri. 10⁻¹⁸ gösterimi, 1’in 1 ve ardından 18 sıfır gelen sayıya bölünmesi anlamına gelir. Menzil, kimsenin bir araçla ölçtüğü bir sınır değildir. Kuvveti taşıyan parçacıkların kütlesinden hesaplanan bir tahmindir.

Zayıf kuvveti W ve Z bozonları denen parçacıklar taşır. Bunlar ağırdır: bir W bozonunun kütlesi bir protonunkinin yaklaşık 86 katı, bir Z bozonunun kütlesi ise yaklaşık 97 katıdır. Kuantum fiziği, kuvvet taşıyan bir parçacığın yalnızca kısa bir an var olmasına izin verir; parçacık ne kadar ağırsa bu an o kadar kısadır.

Işık hızına yakın bir hızla hareket etse bile bir W bozonu bu sürede yalnızca yaklaşık 2 × 10⁻¹⁸ metre yol alabilir (University Physics Volume 3 ders kitabına göre). Avrupa parçacık fiziği laboratuvarı CERN, menzili yaklaşık 10⁻¹⁸ metreye yuvarlıyor. CERN ayrıca kuvvetin tek bir protonun yarıçapının ötesinde tamamen ortadan kalktığını ekliyor.

Boyut karşılaştırmaları

Bir proton yaklaşık 1,7 femtometre (1,7 × 10⁻¹⁵ metre) çapındadır; bu, zayıf kuvvetin menzilinin yaklaşık 1.700 katıdır.
Kuarkları protonların ve nötronların içinde bir arada tutan güçlü kuvvet yaklaşık 10⁻¹⁵ metre uzağa erişir; bu, zayıf kuvvetin menzilinin yaklaşık 1.000 katıdır.
Deneyler, bir kuarkın büyüklüğü varsa bile çapının yaklaşık 8,6 × 10⁻¹⁹ metreden küçük olduğunu, yani zayıf kuvvetin menzilinden biraz daha kısa olduğunu saptadı.
Zayıf kuvvetin menzili, yaklaşık 0,1 milimetre olan bir insan saçının kalınlığına büyütülse, bir proton yaklaşık 17 santimetre çapında, bir hidrojen atomu ise yaklaşık 11 kilometre çapında olurdu.

Zayıf kuvvet ne yapar

Zayıf kuvvet bir kuark türünü bir başkasına dönüştürebilir. Radyoaktif bozunumun bir türü olan beta bozunumunda bir nötronun protona dönüşmesi böyle olur. Nötron bir W bozonu yayar ve proton olur; W bozonu da ardından bir elektrona ve bir antinötrinoya dönüşür.

Zayıf kuvvet bir protonu da nötrona dönüştürebilir. Bu, Güneş’e enerji sağlayan nükleer füzyonun ilk adımında olur. İki proton birleşir ve bunlardan biri nötrona dönüşür; ortaya hidrojenin ağır bir biçimi olan döteryum çıkar. Nötrinolar yalnızca zayıf kuvveti ve kütle çekimini hisseder; çoğu bir gezegenin tamamının içinden durdurulmadan geçer.

Adı zayıf olsa da bu kuvvet kütle çekiminden çok daha güçlüdür. CERN, bu kuvvetin aslında elektromanyetik kuvvet kadar güçlü olduğunu, ağır W ve Z bozonları erişimini sınırladığı için zayıf göründüğünü açıklıyor.

W ve Z bozonlarının bulunması

Enrico Fermi, zayıf kuvvetin ilk kuramını 1933’te ortaya attı. 1960’larda Sheldon Glashow, Abdus Salam ve Steven Weinberg, zayıf ve elektromanyetik kuvvetlerin tek bir elektrozayıf kuvvetin iki biçimi olduğunu öne sürdü. Kuramları, W ve Z bozonlarının varlığını, önceki deneylerle birlikte ele alındığında ise kütlelerini öngördü.

Bozonları üretmek için CERN’deki fizikçiler, laboratuvarın en büyük hızlandırıcısını protonları antiprotonlarla çarpıştıran bir makineye dönüştürdü. UA1 ve UA2 deneyleri her iki parçacığı orada ilk kez 1983’te, öngörülen kütlelerle gözlemledi. Carlo Rubbia ve Simon van der Meer bu keşif için 1984 Nobel Fizik Ödülü’nü aldı.