IYTE FIZIK LISANS OGRENCISI SUNUMU

1. 21.yy Fiziği Sicim Teorisi;
ve Maddenin Gizemi
Ali ÖVGÜN
İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü

2. 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

3. Kütle Problemine Genel Bakış
• Neden filin kütlesi
karıncanınkinden
daha fazla?

4. •Atomu oluşturan temel
parçacıklar nasıl kütle kazanır?

5. Atomdan Kuarklara....

6. •Proton ve Nötron Kuarklardan OLUŞUR
•Kuarklar ve Elektronlar daha küçük parçacıklardan
OLUŞMAZLAR
• Bunlar kütlelerini
nerden alıyorlar???
•Elektron ve Kuarklar ?

7. Farklı tür temel parçacıkların neden
kendilerine özgü kütleleri var?
Fermiyonlar
Bozonlar3.
nesil
2.
nesil
1.nesil
Kütle ( giga-elektron-volt)
Kütlesiz
Bozonlar
Temel parçacıkların en az 11 farklı kütle çeşiti vardır.

8. 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.

9. •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

10. 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.

11. Birleştirme:

12. 4 Kuvvetin Birleştirilmesi
• Elektrik + Manyetik
= Elektromanyetik
• Elektromanyetizma + Zayıf
= ElektroZayıf
• ElektroZayıf + Kuvvetli
= Büyük Birleştirme Teorisi
• BBT + Kütleçekimsel Kuvvet
= Herşeyin Teorisi
(HT)??

13. • Parçacıkların etkileşmesiyle değil; geometriyle
ilgili...
• Kalan diğer güçler gibi kuantum alan kuramı
çerçevesinde bu kuvveti dahil etmek imkansız
Kütleçekimi

14. 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 Teorisi
2.Döngüsel Kuantum Kütleçekim
Teorisi
3.SüperKütleçekim Teorisi

15. 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

16. 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
elektron
foton
Supersicim demek daha
fazla parçacık demek,
daha fazla başa bela....

17. Noktasal parçacıklar ve sicimler farklı
etkileşir
Zaman
Neden 3 parçacık
ailesi var?

18. Ekstra Boyutlar?
• Süpersicim Teorisi uzay-zamanın
10 boyutlu oldugunu öngörür.(9 uzay+ 1 zaman)
• Ekstra 6 uzaysal boyutun
Planck uzunluğu kadar
küçük bir uzayda kıvrılmış
olmasını öngörür

19. Süpersicim Teorisi: atomaltı parçacıkların teorisi
,çözünürlükte bütün temel
Parçacıklar tek boyutlu sicimlerdir
m10 35−
=S
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

20. Sicim eşleşme sabiti, g,
Etkileşimin olasılığını
belirler
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.... !!!!

21. 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...

22. 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!!)

23. Süpersicim Teorisi: kütleçekim teorisi
m10 35
3
−
=≈
c
G
S


Graviton denen paketlenmiş enerji parçacığı gerektirir!
Çok uzun mesafelerde , den çok daha büyük olması
Koşulunda Einsein’ın Kütleçekim denklemi ;
µνµνµν π TGgR 8R 2
1
=−
Sicimin uzunluk ölçeğini ayarlar
Süpersicim,
Kuantum Alan Teori ile Relativistik Kütleçekim Teorisini
Birleştirmeyi sağlar.
S
Newton sabiti

24. 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.

25. 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!

26. 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 aslında
bir teorinin çözümleridir.
M-teorisi
Neden 1 tane değil ki???

27. Sicim Teorisi , sicimlerden daha fazlasını
Vaad eder!
• D-branes: sicim teorisi başka nesneleri de içerir;
0, 1, 2, . . . boyutlarında
particles
strings membranes
p-branes
Yüzey-Dünya Senaryosu

28. Süpersicim Teorisi: Herşeyin teorisi
• M-teori Tahmin: Bütün farklı sicim teorileri aslında
bir teorinin çözümleridir.
M-teori aslında 11-boyutlu süperkütleçekimini de kapsar!

29. M-TEORİSİ
Ancak deneme ile kanıtlanması gerek!!!
?? Planck ölçeğinde FİZİK??
Sicim/M-teorisi yeni fikirlerin çok güzel bir kaynağıdır

30. 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 ilgil
günümüze gelen bir kalıntı olabilir

31. 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

32. Süpersicim Teorisi:
Biz halen daha resmi nasıl tamamlaycağımızı bilmiyoruz...
Fiziksel evrenimiz için matematiksel bir model

33. Süpersicim Teoricileri için ;
macera yeni başlıyor !!!!