Elementer Tanecikler
- Elementer taneciklerin ne olduğunu kesin olarak tanımlayabilmek için, önce atomun ne olduğunun, yapısının iyice derinlemesine bilinmesi gerekir.Bu biraz; birkaç yüz metre derinlere dalmak isteyen dalgıçların birkaç saat sarf etmelerine benzer. Maddenin yapısı ve davranışları çok değişiktir ve etrafımızı çevreleyen makroskopik evrenden oldukça farklıdır.
- İnsan düşüncesinin atomlarla ilgilenmeye başlamasından itibaren, bilginler anlamı olan, yani en azından teorik olarak ölçülebilen, kavramları tam olarak ifade edebilen kelimeleri kullanmaya başlamışlardır.
- Akıla gelen ilk fikir, elementer tanecikleri algılamak, maddenin en küçük yapı taşları olan bu bileşenleri küçük bilyelere, (kütlesi olup, elektrik yük ihtiva eden veya etmeyen) benzetmektir, bu elementer tanecikler temelde bölünemezler. Atomların çekirdekleri: bilinen veya bilinmeyen kuvvetlerle bir arada tutulan bu küçük bilyelerin birleşmesinden meydana gelmiştir.
- Yeterince hassas gözlem araçları ile bu küçük tanecikleri görebilmek, yerelleştirmek ve her anda hızlarını ve enerjilerini tespit etmek mümkündür. Ancak matematik olarak; bu küçük bilyeler noktalara indirgenerek, en önemli karakteristiklerinden bazıları kaybolabilir.
- Normal gözle gözlenemeyen, ancak her zaman tanecik demetleri olarak gözüken elementer taneciklerin deneysel davranışları ne yazık ki boyutlarının küçültülmesi ile açıklanamaz; siyah cismin ışıması, fotoelektrik olay, Compton olayı, kristallerin kırınımı ve hidrojen atomunun spektral analizi fizikçileri XX. yüzyılın başlarında klasik mekaniğin yeni postülalannı açıklamaya (Planc Bohr Sommerfıeld) zorlamıştır,daha sonraları da, atoma adapte edilebilen yeni bir mekaniği keşfetmeye itmiştir. (Einsteinde Broglie-Schördinger-Heisenberg-Dirac). Louis de Broglie (1924) ve Schördinger’in dalga mekaniği önce ışığın (foton), sonra elektron ve diğer bütün taneciklerin korpüsküler ve dalgasal davranışlannı açıklamıştır.
- Korpüskül bir elektron demetinin, X-ışınlan demeti gibi kütlesi, elementer elektrik yükü vardır ve kristal ile kırınıma uğrayabilir. (Davisson ve Germer 1927), yani çok kısa dalga boylu, elektromagnetik dalgalar bu iki tür davranışını bir Broglie taneciklerin bu iki tür davranışını bir elektron ile bağdaştırarak (maddenin bir dalgası), bu dalganın boyunun; hız ve kütle ile orantılı olduğunu göstermiştir.
- Ancak problem sadece; taneciklerin neden hem dalga, hem de korpüskül özelliği gösterdiği değildir. Bu taneciklerin deneysel olarak hassasiyetle tek tek yerelleştirilmesinin de mümkün olmadığını da göz önünde bulundurmak gerekir. Sadece bir taneciğin “bir yerden geçtiği” söylenebilir, çünkü tanecik izler bırakmıştır (kabarcık ve Wilson odaları), yani diğer taneciklerin geçtiği ortamda, bu diğer taneciklerle iç bir etkileşime uğramıştır.
- Bu taneciklerin karşılıklı tepki anlarında çıplak gözle izlenememesini düşünerek, fizikçiler bir taneciğin yerinin veya hızının taneciğin karşılıklı tepkisine sebep olan bir büyüklüğü ölçmeye yöneldiler. Mesela “sistemi” bozan bir ışıma.
- Bu ölçüm aletlerinin hassas olmamasından değil, maddelerin tabiatından kaynaklanmaktadır. Bu Heisenberg’in ünlü kararsızlık bağıntılarında ifade edilir (Bir taneciğin hızının veya durumunun sınırlanma imkansızlığı). Bu konuda birçok teorik gösterim verilmiştir.
- Belirli bir anda, taneciğin yerinin ve hızının mutlak kesinlikle belirlenememesi gibi, “daha sonra nereye gideceği”ninde söylenebilmesi imkansızdır.Tanecik bilinmeyen hızlarla çeşitli yönlere gidebilecektir, bu klasik mekanik için anlaşılmazdır, çünkü bir hareketlinin belirli bir zamanda hızı ve yeri bilindiğinde, bir sonraki hareketi önceden hesaplanabilir.
- Atom sistemlerinin dinamiği daha uysal olup; ihtimallerle yetinir. Modern fizikçi ihtimalleri hesaplar; şaşırtıcı olan bunun bilfiil gözlenenle tesadüf ettiğidir.
- Elementer taneciklerin kütleleri sabit değildir. (Bu klasik fiziğe ters düşer). Kütlelerinin izafiyet teorisine göre hız ile arttığını da söylersek elementer taneciklerin karmaşıklığı hakkında bir fikir sahibi olabiliriz
- Makroskopik bir korpüskülün hareketi belirlenmek istendiğinde, mesela pencereden atılan küçük bir bilya, 3 değişken yeterlidir. Bu üç değişken maddenin uzaydaki yerinin istenen bir anda hesaplanmasına yeter. Oysa atomik tanecikler için bu yeterli değildir partikülün kütlesi ve elektrik yükü yanında “spin”ininde belirlenmesi gerekir. (İngilizce’de “to spin” fiili dönmek anlamındadır). Spin değişkeni; diğer değişken değerlerinden bağımsızdır ve bir dizi fasılalı değere sahip olabilir.
- Spin olarak adlandırmanın sebebi, 1925 yılında ilk defa Uhlenbeck ve Groudsmit‘in spini elektron için düşünmeleri ve elektronun kendi etrafında döndüğünü sanmalarından kaynaklan-maktadır, bu düşünce artık en azından elektrondan farklı birçok sayıda tanecik için geçerliliğini kaybetmiştir. Dönme hareketi ve spin boyutu arasındaki mantıksal ilişki korunarak, bu büyüklüğün makroskopik gösterilişi ile ilgilenilmelidir.
- Taneciklerin hepsinin kararlı olma durumunda, bu elementer taneciklerin yapısı meselesi kolaylaşmış olurdu. Oysa; bu taneciklerin pek çoğu az veya çok süreler içersinde birbiri ardına bozunmaya uğrarlar. Bu tanecikler kararsızdır. Yani dezintegrasyondan önce bir tek tane olan partikül,daha sonra kendi yok olarak, yeni taneciklerin oluşumuna sebep olur. Bilinen kararlı tanecikler; elektron ve elektronun antitanecikleridir. Ayrıca kütlesi sıfır olan foton gibi taneciklerde kararlıdırlar. Yüzden fazla olan diğer tanecikler ise kararsızdırlar.
- İp Atom çekirdeklerinin; proton ile yapı taşını-oluşturan nötron taneciği, kararlı taneciklerin listesine dahil değildir. Yani, çekirdek dışındaki nötron kararsız gözükür. Bu kararsızlığı tahmin edilen ilk elementer taneciktir (Chadvvick ve Goldhaber, 1935)
Az süre sonra, nötronun şu şekilde dezintegrasyona (soysuzlaşma) uğradığı belirlenmiştir; (beta dezintegrasyonu)
nötron- proton + elektron + nötrino
- Bu reaksiyon enstantane değildir. Kararsız tanecik; (veya bunlara tekabül eden anti tanecikler) ortalama ömürleriyle belirlenir, bu ortalama ömüre eşit bir süre sonunda dezintegrasyona uğrama şansı ikide birdir. Benzer kararsız taneciklerin tümünün ortalama ömrü aynıdır; nötronlar için bu ortalama ömür 1 çeyrek saat civarındadır. Nötron en uzun ortalama ömüre sahiptir. Hiperonlann ortalama ömürleri ise 10-10 saniyeye eşittir. Çeşitli türdeki elementer taneciklere tekabül eden dezintegrasyon şekilleri sayısızdır.
- Her taneciğe; bir antitanecik tekabül eder. Protona antiproton, elektrona antielektron (posi-ton veya pozitif elektron) tekabül eder. Tanecik veantitaneciklerin kütleleri aynı, elektrik yükleri ters işaretlidir. Antitanecikten; tamamiyle antitanecik-lerden oluşan antimaddeye geçilir. Bir antitanecik kendisine tekabül eden tanecikle rastlaştığında, ikisi de elektro magnetik bölünemeyen gama ışıması yayınlayarak yok olurlar.
- Günümüzde birkaç yüz elementer tanecik keşfedilmiştir ve yenilerinin bulunmasına devam edilmektedir. Bu nereye kadar sürecektir? 1930-1940 yıllarında bazıları maddenin sırlarının aydınlatılmış olduğu kanısındaydı, oysa günümüzde o zamanın bir hayal olduğu gerçeği açıktır. Sonsuz derecede küçük ve sonsuz derecede büyük kavramları arasında insanoğlu aşağı yukarı tam ortada bulunmaktadır.
- Günümüzde, önemli olan bu tanecikleri sıralayarak, teorik gruplar oluşturabilmektir.
- Aynca, yeni taneciklerin varlığının önceden bilinebilmesine ait çalışmalar da önemlidir, bunun için de yavaş yavaş tüm makroskopik görünümler aşılmalıdır. Matematik sadece zorlukla ortaya konabilen deneysel sonuçlar sağlanmakta çok zor olan yorumları sadece elektronik makinalarca yapılabilmektedir.
Şu Sayfamız Çok Beğenildi8. Sınıf Fen ve Teknoloji TEOG Çıkmış Sorular Ve Denemeler