Nötronlar elektriksel olarak nötr olmalarına rağmen güçlü nükleer kuvvet aracılığıyla protonların çekirdeğe bağlanmasına yardımcı olurlar. Gluon adı verilen parçacıklar aracılık ettiği bu kuvvet proton ve nötronların içindeki quark'lar arasında etki eder. Nötronlar mezon (quarklardan oluşan bileşik parçacıklar) alışverişi yoluyla protonlarla etkileşime girerek bu bağlanmaya katkıda bulunur. Güçlü nükleer kuvvet aksi takdirde pozitif yüklü protonların birbirlerini itmelerine neden olacak elektromanyetik kuvvetten çok daha güçlüdür.[1]
Nötronların nötr olmalarına rağmen protonları nasıl bir arada tuttuğunu göstermek için kuantum renk dinamiği (QCD) teorisine başvurmak gerekiyor. Kuvvetli etkileşimi tanımlayan temel denklem QCD Lagrangian’ıdır:
Burada:
, gluonların (kuvvetli kuvvetin taşıyıcıları) alan kuvveti tensörüdür.
kuark alanlarını (yukarı, aşağı vb.) temsil eder ve tadı (flavor) ifade eder.
kuarklar ve gluonlar arasındaki etkileşimi içeren kovaryant türevdir.
Nükleonlar (protonlar ve nötronlar) arasındaki kuvvet nükleer düzeyde Yukawa potansiyeli ile yaklaşık olarak ifade edilebilir:
Burada:
etkileşimin şiddeti ile ilgili bağ sabitidir.
değiş-tokuş edilen mezonun (pion) kütlesidir.
Bu potansiyel nötronların nötr olmalarına rağmen protonlarla etkileşimde bulunmasının pion değişimi yoluyla meydana gelen kuvvetli kuvvetten kaynaklandığını gösterir. Lagrangian’daki kütle terimi kuarkların kütlesini ve dolayısıyla Yukawa potansiyelinin mezon kütlesine bağımlılığını ortaya çıkarır.
Çekirdeklerde kuvvetli kuvvet daha karmaşık hale gelir çünkü birden fazla mezon ve gluon etkileşimi devreye girer bu da protonlar arasındaki elektrostatik itmeye rağmen çekirdeğin genel istikrarını sağlar. Bu matematiksel olarak karmaşıktır ancak QCD ve Çekirdek İleri Alan Teorisi (Chiral Perturbation Theory) gibi düşük enerjili nükleon etkileşimlerini açıklayan etkili alan teorileri tarafından genel çerçeve içinde ele alınabilir.
Yani kısaca ve basitçe özeleyecek olursak, nötronlar protonların birbirini itmesini engellemek için araya girer ve onları bir arada tutar. Buysa aralarındaki güçlü yapıştırıcı gibi çalışan bir kuvvetle olur. Bu kuvvet o kadar güçlüdür ki protonlar birbirinden uzaklaşamaz.
Yani Nötronlar, protonlar arasındaki ilişkiyi kurtarmak için araya giren ve onları bir arada tutan üçüncü kişi gibidir ancak bu sefer aşk yerine güçlü nükleer kuvvet söz konusudur :)
Kaynaklar
-
G. Feldman. (2019). Why Neutrons And Protons Are Modified Inside Nuclei. Nature, sf: 332-333. doi: 10.1038/d41586-019-00577-0. | Arşiv Bağlantısı
