HIZLANDIRILAN PARÇACIKLAR
Hızlandırıcılar ve Çarpıştırıcılar
Maddenin temel yapı taşı olan parçacıkları araştırmak, atomdan milyonlarca defa daha küçük parçacıkları incelemekle mümkündür. Bu çok küçük parçacıkları incelemek ise ancak çok küçük ve karmaşık parçacık fiziği deney düzenekleriyle gerçekleşitirilebilir. Çok karmaşık deneyler ise, çok yönlü bilgisayar kullanımı ile kontrol edilebilir.
Yüksek enerji parçacık fiziği maddenin temelinde bulunan yapı taşlarını ve bunların birbirleri arasındaki etkileşimlerini inceleyen bilim dalıdır. Son yıllarda ileri teknoloji olanakları kullanan deneysel çalışmalar sayesinde maddenin yapısı hakkındaki bilgilerimiz hızla gelişmektedir. Parçacık fiziğinin araştırmaları kilometrelerce uzunluktaki parçacık hızlandırıcı laboratuarlarında yapılır. Parçacık hızlandırıcılarından yüklü parçacıklardan, çoğunlukla proton ve elektronlar, elektromanyetik alan içinde hızlandırılır ve yönlendirilir. Hızlandırılan parçacıklar ya sabit hedefler ile ya da birbirleri ile çarpıştırılır. Bu çarpışmalar sonucunda ortaya çıkan parçacıkların incelenmesi çeşitli detektör sistemleri ile gerçekleştirilir.
1950'li yıllardan başlayarak hızla gelişen hızlandırıcı ve detektör teknolojileri sayesinde çok yüksek enerjili çarpışmalar gerçekleştirmiş ve bu çarpışmaların gelişmiş detektör sistemlerinde incelenmesi ile maddenin temeli diyebildiğimiz proton ve nötronların kuark ismini verdiğimiz parçacıklardan oluşan bir alt yapısı olduğu anlaşılmıştır. Ulaşılan yüksek enerjilerde yapılan ölçümler protonun yarıçapının yüzde biri kadar olan uzaklıklarda maddenin yapısını araştırma olanağı sağlamıştır. Hızlandırıcı laboratuarları, kurulmaları ve çalıştırılmalarının çok masraflı oluşları nedeniyle dünyada sayılı birkaç merkezde de bulunmaktadır. En önemlileri Cern (Cenevre), DESY (Hamburg), Fermilab-FNAL (Chicago) ve SLC (California) olarak sayılabilir. Yüksek enerji fizikçileri bu merkezlerde büyük gruplar halinde deneysel çalışmalara katılmakta ve atomun sırlarını araştırmaktadırlar. Bu laboratuarlardan SLC'nin uzunluğu 3 km. CERN'in uzunluğu ise 27 km.dir. Ama devlik yarışında birincilik, ABD'nin Texas eyaletinin merkezinde kurulmakta ve çember çapı 85 kilometreyi bulacak olan Amerikan projesi SSC'ya aittir... Söz konusu makinelerin maliyet de (SSC için bu rakam toplam 6 milyar dolardır) boyutlarıyla birlikte doğal olarak artmaktadır.
CERN parçacık fiziği laboratuarı yer 100 metre altında ve 27 kilometre uzunluğunda inşa edilmiştir. Parçacıklar bu uzun tünelde önce hızlanıp, daha sonra birbirleriyle çarpıştırılırlar.
CERN parçacık fiziği laboratuarı İsviçre-Fransa sınırında kurulmuş, 19 Avrupa ülkesinin üyeliği ile oluşan uluslar arası nitelikte bir araştırma merkezidir. Türkiye'ni de gözlemci statüsünde bulunduğu bu laboratuarın temel araştırma konusu maddenin temel yapısı ve bu yapıyı oluşturan temel parçacıklardır. 3000'e yakın fizikçi, mühendis, teknisyen ve idari personelin çalıştığı laboratuarda 6000'in üstünde üye fizikçi laboratuara gelerek çalışmalar yapabilmektedir.
Elektronların Yörüngesi
En güçlü mikroskopların bile göremeyeceği kadar küçük bir alanda dönüp duran onlarca elektron, daha önce de belirtildiği gibi atomun içinde son derece karışık bir trafik yaratırlar. Ancak bu trafik, en sistemli şehir trafiğiyle bile kıyas edilemeyecek kadar düzenlidir ve elektronlar hiçbir şekilde birbirleriyle çarpışmazlar. Çünkü elektronların her birinin ayrı bir yörüngesi vardır ve bu yörüngeler hiçbir zaman birbiriyle çakışmaz.
Atom çekirdeğinin çevresinde 7 tane yörünge vardır. Asla değişmeyen bu 7 yörüngedeki elektron sayısı da bir matematiksel formülle belirlenmiştir: 2n2. Atomların tüm yörüngelerinde bulunabilecek en fazla elektron sayısı işte bu formülle sabitlenmiştir (formüldeki "n" harfi, yörünge numarasını belirtir).
Evreni oluşturan sınırsız sayıdaki atomun elektron yörüngelerinin asla şaşmadan 2n2 formülüne uyarak belirli bir sayıda kalmaları bir düzenin göstergesidir. Elektronlar inanılmaz hızlarda hareket etmelerine rağmen, atomun içinde herhangi bir kargaşanın çıkmaması da yine bu eşsiz düzenin bir devamıdır. Bu, tesadüflerin asla açıklayamayacağı bir düzendir.
Elektronlar atomun içinde son derece karmaşık bir yörünge izlerler. Bu küçük alanda şehir trafiğinden çok daha kalabalık bir ortam oluşmasına rağmen, en ufak bir düzensizlik yaşanmaz.
Doğa kendi içinde her şeyi kusursuz bir ölçü, hesap ve düzen içinde yaratandır. Bu ölçü ve hesap, atomun en küçük parçacığından uzaydaki devasa gök cisimlerine, güneş sistemlerine, galaksilere kadar, bunların arasındakiler de dahil, bütün varlıklar alemini içine alır. Bu da evrene ait bizim henüz keşfedemediğimiz bir temel bilincin sonsuz gücünün, ilminin, sanatının ve hikmetinin bir sonucudur. Bu evrensel zeka gücü, yarattığı varlıklardaki ve sistemlerdeki mükemmel ölçü, düzen, denge ve hesaplarla bu sıfatlarını insanlara tanıtır. Sonsuz kudretini gözler önüne serer. İşte bütün bilimsel araştırmaların, hesaplamaların insanı ulaştırması gereken asıl gerçek budur.
ATOMUN İÇİNDEKİ BOŞLUK
Daha önce de üzerinde durduğumuz gibi, bir atomun çok büyük bir bölümü boşluktan oluşmaktadır. Burada her insanın aklına aynı soru gelir: Böyle büyük bir boşluk neden vardır? Şimdi şöyle düşünelim: Atom, en basit anlatımla içinde bir çekirdek ve onun çevresinde dönen elektronlardan oluşmaktadır. Çekirdekle elektronlar arasında başka hiçbir şey yoktur. Bu, "hiçbir şey olmayan" mikroskobik büyüklük, aslında atom ölçeğine göre çok geniştir. Bu genişliği şöyle örneklendirebiliriz: Çapı 1 cm. olan küçük bir bilya, çekirdeğe en yakın elektronu temsil ederse, çekirdek bu bilyadan 1 km. ötede bulunacaktır.
Bu büyüklüğün kafamızda daha iyi canlanabilmesi için şöyle bir örnek verebiliriz:
"Temel parçacıklar arasında çok büyük bir boşluk egemendir. Eğer bir oksijen çekirdeğinin protonunu şu önümdeki masanın üstünde duran bir toplu iğnenin başı gibi düşünürsem, o zaman çevresinde dönen elektron Hollanda, Almanya ve İspanya'dan geçen bir çember çizer. (Bu satırların yazarı Fransa'da yaşamaktadır.) Onun için, bedenimi oluşturan tüm atomlar birbirlerine değecek kadar bir araya gelseydi, artık beni göremezdiniz. Zaten, artık beni çıplak gözle hiçbir zaman gözlemleyemezdiniz: Neredeyse milimetrenin birkaç binde biri boyutunda ufacık bir toz kadar olurdum."
İşte bu noktada evrende bilinen en büyük mekanla, en küçük mekan arasında bir benzerlik ortaya çıktığını fark ederiz. Öyle ki, gözlerimizi yıldızlara çevirirsek, orada da atomdakine benzer bir boşlukla karşılaşırız. Yıldızlar arasında da, galaksiler arasında da milyarlarca kilometrelik boşluklar mevcuttur. Ama bu boşlukların her ikisinde de insan aklını zorlayan, anlama kapasitesini aşan bir düzen hakimdir.
Proton ve Nötronlar
1932 yılına dek, çekirdeğin proton ve elektronlardan oluştuğu sanılıyordu. Çekirdeğin içinde protonla beraber elektronların değil =olduğu ancak o tarihte keşfedilebildi. (Ünlü bilim adamı Chadwick 1932 yılında çekirdeğin içinde nötronun varlığını ispatladı ve bu keşfiyle Nobel ödülü kazandı.) İşte insanoğlunun atomun gerçek yapısıyla tanışması bu kadar yakın tarihte gerçekleşti.
Atom çekirdeğinin ne kadar küçük boyutta olduğundan daha önce bahsetmiştik. Atom çekirdeğinin içine sığabilen bir protonun büyüklüğü ise 10-15 metredir.
Bu kadar küçük bir parçacığın insan hayatında pek bir önemi olamayacağını düşünebilirsiniz. Ancak, insan aklının kavramakta çok zorluk çektiği bir küçüklükte olan bu parçacıklar aslında çevrenizde gördüğünüz her şeyin temelini oluşturur.
Evrendeki Çeşitliliğin Kaynağı
Şu ana kadar tespit edilebilmiş 109 tane element vardır. Tüm evren, dünyamız, canlı-cansız bütün varlıklar, bu 109 elementin çeşitli biçimlerde birleşmeleriyle oluşmuştur. Buraya kadar tüm elementlerin birbirinin benzeri atomlardan oluştuğunu gördük; atomlar da birbirinin aynı parçacıklardan oluşuyordu. Peki madem elementleri oluşturan bütün atomlar aynı parçacıklardan oluşuyor, o halde elementleri farklı kılan, sınırsız çeşitlilikte maddeyi oluşturan nedir?
1- titanyum
2- sarı safir
3- pirit
4- topaz
5- mavi safir
6- kalsit 7- bakır
8- alçı taşı
9- flüorit
10- topaz
11- talk
12- demir 13- zımpara taşı
14- kömür
15- galen
16- quart
17- barit sülfüt
18- feldispat 19- elmas
20- apatit
21- altın
22- feldispat
23- kaya tuzu
24- quartz
Elementlerin temelde birbirlerinden farklı kılan şey atomlarının çekirdeklerindeki proton sayılarıdır. Burada görülen maddeleri birbirinden bu denli değişik kılan işte bu farklılıktır.
Son düzenleyen Safi; 1 Şubat 2018 00:08
