Işık hızına en yakın hıza leptonlar kullanılarak ulaşılabilir mi? Bide kuarkların elektron yükü neden belirlenemez?

Evet, lepton demetleriyle (elektron, müon, nötrino) ışık hızına akıl almaz derecede yaklaşılıyor; fakat kütlesi sıfır olmayan hiçbir parçacık c'ye ulaşmıyor. Özel görelilik bunu zorunlu kılıyor: hız ile enerji arasındaki bağ v = c √(1 − 1/γ²). Enerji büyüdükçe (γ arttıkça) hız c'ye yakınsıyor, ama fark sıfır olmuyor. Elektronlar hızlandırıcılarda 0.999999…c rejimine taşınıyor; müonlar daha ağır oldukları için dairesel makinelerde çok daha az senkrotron ışınımı kaybı yaşıyor; nötrinolar ise kütleleri çok küçük olduğu için (osilasyonlar kütleli olduklarını gösteriyor) doğada ve dedektörlerde zaten c'ye olağanüstü yakın seyrediyor. Nötrinolar yüksüz olduklarından elektromanyetik alanlarla hızlandırılmıyor; dolayısıyla "lepton kullanarak hızlandırma" denince pratik mühendislik cephesi çoğunlukla elektron ve müon hızlandırıcıları üzerinden yürüyor.

"En yakına hangisi ulaşıyor?" sorusunu ben şöyle çerçeveliyorum: Mesele türden çok, verdiğiniz enerjiyle belirlenen Lorentz çarpanı γ. γ büyüdükçe 1 − v/c yaklaşık 1/(2γ²) mertebesine düşüyor; yani aynı enerji bütçesinde kütlesi daha küçük bir lepton (örneğin nötrino) c'ye daha da yakın gidiyor, fakat yine c değil. Deney tarafındaysa elektron demetleri halka makinelerde ışınımla enerji yitiriyor; müon demetleri bu kaybı kütle nedeniyle çok daha az yaşıyor, fakat 2.2 μs'lik ömürleri (zaman genişlemesi yardımıyla uzasa da) demet teknolojisini zorlayıcı kılıyor. Sonuç olarak da: leptonlarla c'ye yaklaşma var, c'ye varma yok.

Kuarkların elektrik yüklerine gelindiyse, "belirlenemez" ifadesi yanılgı. Yükler belirli ve Standart Model ile deney birlikte bunu destekliyor: yuk‑tipi kuarklar +2⁄3e, aşağı‑tipi kuarklar −1⁄3e (buradaki e, elektronun yük büyüklüğü). Belirlenemeyen şey, tek bir kuarkı izole edip Millikan tipinde doğrudan ölçmek; çünkü renk hapsi (confinement) var, yani kuarkı ayırmaya kalkınca alan enerjisi artıyor, yeni kuark‑karşıkuark çiftleri üreyip hadronlaşma devreye giriyor. Yük değerleri ise dolaylı ama çok sağlam kanıtlarla çıkıyor: derin inelastik saçılma verileri, e⁺e⁻→hadronlar kesit oranlarının (R) renk ve kesirli yüklerle uyumu ve jet yapılarının analizi, kesirli kuark yükleri ile hapsolma olgusunu birlikte doğruluyor; tablo net ve tutarlı.