İnsanoğlu olarak, evreni ve evrenin bir parçası olan kendimizi keşfetme yolunda büyük adımlar attık. Bundan yüzyıllar önce mikroskobu icat ettik. Bununla yetinmedik ve 19. yüzyılda çığır açan bir keşif yaptık: atomu keşfettik. Bu keşif bizi nelerin oluşturduğunu bariz bir şekilde ortaya koydu. Tabi bizi bu da tatmin etmedi ve daha da detayını kurcaladık. Atomun içine baktığımızda ise bambaşka bir evrenle karşı karşıya kaldık: Atom altı parçacıkların evreni…
Demokritos, milattan önce 500’lü yıllarda, atomun parçalanamayacağını öne sürdü. Bunun üzerine Aristo, bu düşüncenin yanlış olduğunu, maddenin sonsuza kadar parçalanabileceğini savundu. Bu tartışmalar 17. yüzyıla dek devam etti. Newton ve onun döneminin bilim insanları da atomun parçalanamayacağını düşünüyordu.
Modern atom modelinin temelini atan John Dalton, ortaya koyduğu atom modelinde, bileşik ve molekülleri tanımlayarak bir çığır açtı. Fakat buna rağmen Dalton da atomun bölünemeyeceğini savundu. Dalton’un atom modeli, atomun içinde neler olduğunu açıklayamadı. Ta ki 1890 yılında, John Thomson’ın elektronu öngörmesine kadar.
Thomson’ın ortaya koyduğu modele göre, atomun içinde homojen dağılmış pozitif yüklü parçacıklar ve rastgele dağılmış eksi yüklü parçacıklar bulunuyordu. Bugün de bildiğimiz, klasik “üzümlü kek” modeliydi bu.
1911 yılına gelindiğinde Rutherford, Thomson’ın modelinde eksikler olduğunu, bu modelin aksine protonların çekirdek adını verdiğimiz bir yapıda toplandığını, elektronların da bu çekirdeğin etrafında belli yörüngelerde dolaştığını öne sürdü. Fakat her ne kadar büyük bir keşif olsa da, bu modelde de tutarsızlıklar vardı. Bu tutarsızlıklar Bohr, Schrödinger ve Heisenberg tarafından ortadan kaldırıldı.
Atom parçalanır mı parçalanmaz mı diye sürüp giden tartışmalarla beraber 1938 yılına gelindi. Kimyager Otto Hahn, Lise Meitner ile birlikte ilk kez atom çekirdeğini parçalamayı başardı. Bu başarı, tüm dünyada büyük bir ses getirdi ve bunula birlikte atom bölünür mü bölünmez mi tartışmaları da son bulmuş oldu.
O tarihten sonra atomla ilgili çalışmalar ciddi anlamda ivme kazandı. 20. yüzyılın sonlarına doğru yapılan deneyler sonucunda birçok yeni parçacık keşfedildi.
Bildiğimiz gibi atomun üç temel parçacığı var. Bunlar:
- Proton
- Elektron
- Nötron
Bu üç parçacık da, atom altı parçacıkların temelini oluşturan lepton ve kuarklardan oluşuyor. Lepton ve kuarklara değinmeden önce, atom altı parçacıkları en iyi açıklayan ve ispatlanmış Standart Model adı verilen modelden bahsetsek fena olmaz.
Standart Model, atom içindeki parçacıkların etkileşimini açıklar. Standart modele göre, atom içinde olan her şey 3 temel kuvvetin sorumluluğundadır. Bu kuvvetler:
- Elektromanyetik kuvvet
- Zayıf nükleer kuvvet
- Güçlü nükleer kuvvet ‘dir.
Bu üç kuvvetten kısaca bahsetmek gerekirse; bildiğimiz gibi protonlar çekirdekte toplanmış vaziyette bulunurlar. E tabi protonların hepsi aynı yüke sahip. Bunları bir araya getirirsek ne olur? Tabiki de elektromanyetik kuvvetin etkisinde birbirlerini güçlü bir şekilde iteceklerdir. Dolayısıyla, aslında mantıksal olarak bu itme sonucunda çekirdeğin dağılması gerekir. Ama durun! O da ne? O bir kuş. Hayır, o bir uçak. Hayır hayır, o bir güçlü nükleer kuvvet.
İşte bu dağılmayı engelleyen kuvvetin adı güçlü nükleer kuvvettir. Eğer güçlü nükleer kuvvet, protonların itme kuvvetinden büyük olursa atom çekirdeği sapasağlam kalır (bunlara kararlı atom diyoruz). Eğer tam tersi, yani protonların itme kuvveti, güçlü nükleer kuvvetten büyük olursa çekirdek zamanla dağılır (bunlara da kararsız atomlar diyoruz. Ya da daha bilindik adıyla radyoaktif elementler). Zayıf nükleer kuvvet ise, güçlü nükleer kuvvetin milyarda biri şiddetindedir. Bu kuvvet ise radyoaktif elementlerin bozunmasında rol oynar.
Standart Modele göre, maddenin temel yapı taşı olan parçacıklar fermiyon ve bozonlardır. Fermiyonlar, altı kuark ve altı leptondan oluşur. Bozonlar ise, fermiyonlar arasındaki temel etkileşimi sağlayan aracı parçacıklardır; yani fermiyonların emrinde çalışıyorlar desek yanlış olmaz.
Şimdi lepton ve kuarklara dalabiliriz.
Leptonlar
Bu vatandaşlar o kadar rahattır ki, çekirdek kuvvetleri ile hiçbir etkileşime girmezler. Belirli bir şekilleri de bulunmayıp noktasaldırlar. Temelde iki sınıfta incelenirler. Bunlar yüklü leptonlar ve nötr leptonlardır (nötrino olarak da anılırlar). Altı çeşit lepton bulunmakta. Bunlar:
- Elektron nötrinosu
- Elektron
- Müon nötrinosu
- Müon
- Tau nötrinosu
- Tau
isimlerine sahiptir. Lepton çeşitlerine önümüzdeki yazılarda değineceğiz.
Kuarklar
Kuarklar, yalnızlıktan pek hoşlanmadıkları için tek olarak bulunmazlar. Tek başlarına küsuratlı elektrik yüküne sahiptirler. Birkaç tanesi bir araya gelerek hadron adını verdiğimiz bileşik parçacıklar oluşturur. Hadronlar, iki ya da üç kuarkın bir araya gelmesiyle oluşur. Hadronlardaki elektrik yüklerinin toplamı her zaman bir tam sayıdır. Kuarklar özelliklerine göre; üst, alt, tılsım, acayip, tepe ve taban kuark olarak ayrılırlar.
Hadronlar:
- Baryonlar
- Mezonlar
olarak iki sınıfta incelenir.
Baryonlar, üç kuarkın bir araya gelmesiyle oluşur. En tanıdık baryonlar proton ve nötrondur. Proton, iki üst bir alt kuarktan meydana gelir. Nötronlar ise iki alt bir üst kuarktan oluşur.
Mezonlar, bir kuark ve bir anti kuarkın bir araya gelmesiyle oluşur. Mezonların sağı solu belli olmaz, kararsızdırlar, çabuk bozunurlar. En hafif mezon piondur. Bir üst ve bir alt kuarktan meydana gelir. Yüklü bir pionun ömrü yaklaşık olarak 10-8 saniyedir. Kim bilir siz bunu okurken kaç pion hayata veda etti.
Alan parçacıkları
Yukarıda bahsettiğimiz parçacıkların yanı sıra, doğadaki dört temel kuvvetin etkileşiminden sorumlu olan ve bazılarını keşfettiğimiz parçacıklar da vardır. Bunlar:
- Foton
- Gluon
- W ve Z bozonları
- Graviton
Fotonlar, elektromanyetik etkileşim parçacıklarıdır.
Gluonlar, çekirdek kuvvetinin etkileşim parçacığıdır.
W ve Z bozonları, zayıf nükleer kuvvetin etkileşim parçacıklarıdır.
Gravitonlar ise henüz keşfedilmemiş olup, kütle çekim kuvvetine aracılık ettiği düşünülmektedir.
Gördüğünüz gibi, küçücük atomun içinde çok büyük bir dünya yatıyor. Güzel bir sözle yazımızı noktalayalım.
“Mikroskop insana ne kadar önemli olduğunu gösterdi; teleskop ise önemsizliğini…”
Manly P. Hall
Yazan: Umut AKTEPE