Kuark ve Lepton nedir Test 2

Bir parçacık hızlandırıcı deneyinde +2/3 elektrik yüküne sahip ve elektronun yaklaşık 180 katı kütlesi olan bir parçacık gözlemlenmiştir.
Bu parçacık aşağıdakilerden hangisi olabilir?

A) Üst kuark
B) Aşağı kuark
C) Elektron
D) Müon

Bu soruyu çözmek için, verilen parçacığın özelliklerini (elektrik yükü ve kütlesi) seçeneklerdeki parçacıkların bilinen özellikleriyle karşılaştırmamız gerekiyor.

• Verilen Parçacığın Özellikleri:
  • Elektrik Yükü: $+2/3$
  • Kütle: Elektronun yaklaşık $180$ katı ($180 m_e$)
• Seçeneklerdeki Parçacıkların Özellikleri:
  • A) Üst kuark (Up quark):
    • Elektrik Yükü: $+2/3$
    • Kütle: Yaklaşık $2.2$ MeV/$c^2$ (bu da yaklaşık $4.3 m_e$ demektir, yani elektronun yaklaşık $4.3$ katı)
  • B) Aşağı kuark (Down quark):
    • Elektrik Yükü: $-1/3$
    • Kütle: Yaklaşık $4.7$ MeV/$c^2$ (bu da yaklaşık $9.2 m_e$ demektir, yani elektronun yaklaşık $9.2$ katı)
  • C) Elektron:
    • Elektrik Yükü: $-1$
    • Kütle: $m_e$
  • D) Müon:
    • Elektrik Yükü: $-1$
    • Kütle: Yaklaşık $105.7$ MeV/$c^2$ (bu da yaklaşık $207 m_e$ demektir, yani elektronun yaklaşık $207$ katı)
• Karşılaştırma ve Sonuç:
  • Öncelikle parçacığın elektrik yüküne bakalım. Verilen parçacığın elektrik yükü $+2/3$'tür. Seçenekler arasında bu yüke sahip olan tek parçacık Üst kuark'tır. Elektron ve Müon'un yükü $-1$, Aşağı kuark'ın yükü ise $-1/3$'tür. Bu nedenle, yük özelliğine göre sadece Üst kuark eşleşmektedir.
  • Şimdi de kütle özelliğine bakalım. Soruda parçacığın kütlesinin elektronun yaklaşık $180$ katı olduğu belirtilmiştir ($180 m_e$).
    • Üst kuark'ın kütlesi yaklaşık $4.3 m_e$'dir. Bu, $180 m_e$ değerinden oldukça farklıdır.
    • Müon'un kütlesi yaklaşık $207 m_e$'dir. Bu değer, $180 m_e$ değerine nispeten daha yakındır, ancak Müon'un yükü $-1$ olduğu için elenir.
  • Bu durumda, sorudaki kütle değeri ile standart bir üst kuarkın kütlesi arasında bir tutarsızlık olduğu görülmektedir. Ancak, parçacık fiziğinde elektrik yükü, bir parçacığın kimliğini belirlemede çok temel ve kesin bir özelliktir. Kuarkların kesirli yükleri ($+2/3$ veya $-1/3$) onları diğer temel parçacıklardan (leptonlar gibi) ayırır. Seçenekler arasında $+2/3$ elektrik yüküne sahip tek parçacık "Üst kuark" olduğundan, bu özellik parçacığın kimliğini belirlemede anahtar rol oynamaktadır. Kütle değeri ya genel bir tanımlama ya da soruda küçük bir sapma içermektedir.
  • Dolayısıyla, verilen elektrik yükü ($+2/3$) kriterini sağlayan tek seçenek Üst kuark'tır.

Cevap A seçeneğidir.