Arama:

Etiket Bulutu







‘madde’

Maddenin En Küçük Yapıtaşı Atom mu?

18.08.2010

atom1

Etrafımızda gördüğümüz tüm maddelerden sorumlu bu “minik” nesneler neye benzer? Herşeyden önemlisi, acaba onların da yapıtaşları var mı?

Aslına bakarsanız, bu sorular yüzyıllar öncesinden de sorulmuş. Hatta “atom” sözcüğünün ilk ortaya çıkışı İ.Ö. 460 yılına kadar uzanıyor. O dönemde yaşamış Demokritus adlı bir filozof, bir elmayı örnek vererek atomu ve anlamını açıklamış: Bir elma alın ve onu ikiye bölün. Sonra bu yarım elmalardan birini tekrar ikiye bölün ve böylece sürdürün… Demokritus’a göre, bu şekilde yarım parçaları bölmeye devam ederseniz, sonunda öyle bir an gelecek ki, artık bölemeyeceğiniz kadar küçük bir parça elde edeceksiniz (ama bıçağınız kesemediği için değil, bölmek mümkün olmadığı için!). İşte, bölünmesi olanaksız bu parçaya Demokritus Yunanca’da ‘bölünemez” anlamına gelen “atomos” adını vermiş.

Demokritus, bu kavramı ortaya atmış atmasına ama bunu o dönemin diğer bilim adamlarına inandıramamış. Özellikle de dönemin en büyük filozofu Aristo’ya. Zaten Aristo reddedince, bir bildiği vardır diye diğerleri de inanmamış. Hatta Demokritus öldükten yüzyıllar sonra bile kimse atomdan bahsetmemiş.
Ta ki, 2000 yıl kadar sonraya, yani 1800’li yılların başına kadar. Bilim adamları maddenin doğasını anlamaya yönelik çalışmaları sırasında ister istemez bu minik parçacıklarla karşılaşmışlar. İngiliz bilim adamı Dalton, deneyleri sırasında, maddeyi oluşturan ama yapısını tanımlayamadığı bu temel ögelere ilişkin ilk kanıtları elde etmiş. Ondan sonra da keşifler ardı sıra devam etmiş.
Atomun varlığı kanıtlandıktan sonra da, yapısını anlamaya yönelik bir çok kuram ortaya atılmış. Bunlardan ilki J. J. Thomson adlı bir İngiliz fizikçi’den geliyor

Thomson, 1897 yılında atomun bir parçası olan eksi yüklü elektronları keşfetmiş. Thomson’a göre atomun içinde eksi yüklü elektronları dengeleyecek artı yüklü parçacıklar olması gerekiyordu. Thomson, atomu bir “üzümlü kek”e benzetmişti: Üzümler eksi yüklü elektronlar, kekin diğer kısımları ise artı yüklü madde.
atom2
Bundan daha doğru bir modeli, 1911 yılında atomun içinde artı yüklü bir çekirdeğin olması gerektiğini keşfeden Ernest Rutherford geliştirmiş. Rutherford’un atom modeli, Güneş Sistemi’mizin yapısına benziyor. Ortada Güneş, yani artı yüklü çekirdek ve çevresinde dolanan gezegenler, yani eksi yüklü elektronlar. Rutherford’un bu modeline göre çekirdek atomun çok küçük bir parçası: Örneğin atomun boyutunu Dünya kadar büyütsek bile içindeki çekirdek en fazla bir futbol stadyumu kadar kalıyordu. Rutherford daha da önemli bir adım atarak, çekirdek içinde artı yüklü parçacıkları yani protonları keşfetmiş ve protonların elektronlardan 1836 kez daha ağır olduğunu bulmuş.

Fakat bu model de bazı kuramsal sorunlar çıkarmış. 1912 yılında Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, bu kuramsal sorunları çözecek bir model oluşturmuş. Bohr’un atom modelinde, yine ortada artı yüklü bir çekirdek, fakat sadece belli yörüngelerde dolanabilen eksi yüklü elektronlar var. Bundan sonraki gelişmeler, Bohr’un atom modelini düzeltmeye yönelik. Bu gelişmelerden biri, çekirdekte artı yüklü proton dışında, yüksüz “nötron” adı verilen parçacıkların da olduğu. Nötronları da 1932 yılında, James Chadwick, kendisinin yaptığı derme çatma bir detektörle keşfetmiş.

Atomun tam bir modelini oluşturmadaki en önemli yöntem, Kuantum Mekaniği adı verilen fizik dalının gelişmesiyle oldu. Bugünkü bilgilerimizin tamamı bu fizik dalının gelişmesiyle elde edildi. Artık bugün atom ve yapısı hakkında epeyce bilgiye sahibiz. Kuantum kuramına göre, atom, artı yüklü bir çekirdek ve etrafında dalga gibi de hareket edebilen elektronların bulutundan oluşan minik bir “nesne”…
atom31
Atomdan Öte Köy Var Mı?
Aslında, atomlar her ne kadar maddenin yapıtaşları olarak tanımlansa da, gördüğümüz gibi onların da daha küçük yapıtaşları var. Demokritus’un elma örneğinde bir bıçak değil de, günümüzün modern mikroskoplarını kullandığımızı düşünelim. Tabii ki, elmayı keserek değil, büyüterek yapabiliriz bunu. Elmanın bir parçasının görüntüsünü mikroskop altında büyütelim. Önce elmanın detaylarına, daha büyütmeye devam edersek molekül adını verdiğimiz atom gruplarına ulaşırız. Moleküller, iki ya da daha fazla atomun “kimyasal bağ” adı verilen işlemle biraraya gelmesi sonucu oluşur. İşte, madde dediğimiz nesnelerin katı (elma gibi), sıvı (su gibi) veya gaz (hava gibi) olmasını sağlayan şey, bu moleküllerin biraraya geliş biçimi. Moleküller birbirleriyle çok sıkı sıkıya bağlanmış ve yerlerinden kıpırdayamıyorlarsa madde katı halde; atomlar, kopmamak şartıyla birbirleri etrafında hareket edebiliyorlarsa sıvı halde; atomların oluşturduğu moleküller serbestçe hareket edebiliyorlarsa gaz halinde oluyor.
atom4
Demek ki, biraz daha büyütürsek atomlara ulaşacağız. Tanımımız gereği, atomlar madde değil. Çünkü madde olabilmesi için en azından katı, sıvı veya gaz halinde olabilmeli. Fakat, bu hallerden birisi için kimyasal bir bağa, yani en az iki atoma gereksinim var. Dolayısıyla tek başına bir atom ne katı, ne sıvı, ne de gaz yani ne de madde. Ancak biraraya gelirlerse madde oluşturuyorlar. Bu anlamıyla maddenin yapıtaşı! Atomu, mikroskobumuzda büyütmeye devam ettiğimizde (aslında bunu yapabilecek mikroskoplar yok, fakat bilim adamları başka işlemlerle bunu yapabiliyorlar. Biz yine de yapabildiğimizi varsayalım) başta da söylediğimiz gibi, Güneş Sistemi’ne benzer bir yapıyla karşılaşıyoruz. Ortada bir çekirdek ve etrafında dolanan elektronlar. Elektron bulutundan geçip içeri dalıyoruz ve merkezde yer alan çekirdeği görüyoruz. Büyütmeye devam ediyoruz ve çekirdeğin içine bakıyoruz. Burada nötron ve protonlarla karşılaşıyoruz.
atom51

Elektronlar eksi yüklü ve hafif, protonlar artı yüklü ve ağır, nötronlar ise yüksüz ve ağır parçacıklar. Yük ve kütle gibi kavramlar atomları birbirinden ayırdetmekte kullanılıyor. Çünkü çok sayıda atom var ve bunların hepsinin, elektron, proton ve nötron sayıları farklı. Bir atomdaki elektronların sayısı, o atomun atom numarasını (AN) veriyor, bu sayı aynı zamanda o atomun çekirdeğindeki proton sayısına da eşit. Proton ve nötron sayılarının toplamı ise atomun kütle numarasını (KN) veriyor. Örneğin en basit yapıya sahip atomlardan biri olan helyumun atom numarası 2 ve kütle numarası 4 (yani 2 proton, 2 elektron ve 2 nötronu var) ve 4He2 şeklinde simgeleniyor. Havada bulunan oksijen atomunun ise atom numarası 8 ve kütle numarası 16 vb…
Daha sonuna gelmedik. Son bir gayretle proton ve nötronun da içine bakıyoruz ve orada da daha temel parçacıklar görüyoruz. Bunlara da “kuark” adı veriliyor. İşte, maddenin içine yolculuğumuzun “şimdilik” son durağı burasıymış gibi görünüyor. Buradan daha ileri gitmemiz mümkün değil.

Artık bir sonuç çıkarabiliriz: Maddenin en küçük yapıtaşı kuarklar. Kuarklar bir araya gelerek proton ve nötronları, bunlar ve elektronlar biraraya gelerek atomları, atomlar molekülleri, moleküller de maddeyi (elma örneği gibi) oluşturuyor.
Gördüğümüz kadarıyla atomdan öteye köy var, yani kuarklar! Peki kuarklardan öteye? Bunu henüz bilemiyoruz. Ancak bu, hiç bilemeyeceğimiz anlamına gelmiyor. Demokritus’tan bugüne katettiğimiz yol, bilimin, her alanda olduğu gibi, maddenin temel yapısını anlamada da bize vereceği daha pek çok şey olduğunun bir göstergesi.

CERN’de bilimadamları ne yapıyor ?

29.12.2009

bigbang

İsviçre-Fransa sınırında, 27 kilometrelik genişliğinde bir tünele kurulan sistemde, atom altı parçacıklar, karşıt yönlerde yani ilk olarak bırakılan elektronlar saat yönünde, diğerleri ise tam ters yönde birbirlerine doğru ışık hızına yakın hızlarda yol aldırılarak belirli yoğunluk ve ölçütlere ulaştırıldığında çarpıştırılacak. Çarpışma sırasında detektörlerle yapılacak gözlemler sayesinde, maddenin oluşumuna ilişkin sırlar gözlemlenebilecek. Bu çarpışma sonrası büyük gözlemci makinalarıyla izlenecek ve kayda alınacak.
Deney başladıktan sonra, tünel çevresinde bulunan 4 büyük algılayıcıdan ikisi Atlas ve CMS, “Higgs bozonunun” izini sürecek. Bu parçacığın diğer bazı parçacıklara kütle kazandırdığı düşünülüyor. Bu parçacıklar çarpışmadan sonra ortaya çıkacak. Bu deneyde Higgs bozonu tespit edilemezse teorik fizik yalanlanacak. Belkide ortaya yepyeni bir fizik çıkacak. Bilim adamlarına göre evrenin %4 ü bildiğimiz maddeden, %23 ü karanlık maddeden %73 ü ise karanlık enerjiden oluşuyor. Bizim görebildiğimiz ise sadece ve sadece %4 ‘ü
Yapısı bilinmeyen bu karanlık madde, karanlık enerji şeklinde nitelendirilen madde ve enerjilerin ne olduğunu bulmak, deneyin asıl amaçlarından birisi. Deney, minik parçacık fiziğinin yıllardır düşündüğü bazı sorulara cevap verecektir.

Higgs Bozonu :İstikrarsız karaktere sahip bu parçacığa adeta “ilahi parçacık” yada bazılarına göre “tanrının zerrecikleri”, maddenin ana yapısı gözüyle bakılıyor, zira birçok araştırmacı bu parçacığı teorik olarak inceledi, ama şimdiye kadar hiç kimse onu göremedi. Bu maddeyi ortaya çıkaran İngiliz fizikçisi Peter Higgs. Bozonun varlığını deneyle kanıtlamak, parçacık fiziğinde bilinenleri özetleyen “standart modelin” eksik halkasını bulmak anlamına gelecek. Higgs bozonu, kütlenin nasıl kazanıldığının anlaşılmasını sağlayacak. Bazı parçacıkların niçin kütleden mahrum olduğu da böylelikle anlaşılabilecek.

Büyük Patlama : Büyük patlama sırasında ne oldu ne bitti hiçkimse bilmiyor. Bu patlama sırasında madde, kuark ve glüonlardan oluşan bir çeşit yoğun sıvı olarak ortaya çıktı. Bu sıvı soğurken ve yoğunlaşırken, kuarklar; protonlar, nötronlar ve diğer parçacıkları oluşturdu. LHC, ağır iyonları birbirleriyle çarpıştırarak bir anlık da olsa, Güneş çekirdeğindekinden 100 bin kat daha yüksek sıcaklık elde etmeye çalışacak. Bu çarpışmalar sırasında kuarklar ortaya çıkacak. Bilim adamları ve araştırmacılar, serbest kalan kuarkların maddeyi oluşturmak için ne şekilde ve nasıl birleştiklerini gözlemleyebilecek. Yani madde ‘nin nasıl oluştuğu gözlemlenecek.

Korkulan Durumlar : Büyük bir kütleyi göz önüne alalım mesela bir karpuz büyüklüğündeki maddenin hacmini eğer tirilyonda birine kadar küçük bir hacime küçültürseniz o zaman karpuz büyüklüğündeki maddenin çekim kuvveti de o kadar artacaktır. Yani çekim gücü trilyonlar kadar artan bir madde, etrafındaki herşeyi kendine çekecektir. Sürekli kütlesi artacaktır. İşte buna kara delikler diyoruz. CERN deki bilim adamları da mikroskobik büyüklüklerde kara delikler oluşacağını söylüyorlar ama bu kara deliklerin hemen yok olacağını da söylüyorlar. Fakat bazı matematikçi bilim adamları bu kara deliklerin birleşerek çok daha büyük kara delikler oluşturacağı ve dünyayı yutacağını idda etmekteler.