Karmaşık bir yapıyı anlamak için
önce temeline inmemiz gerekir. Bizim konumuz Gezegenler, Yıldızlar, Evren…
Temelde? Atom. Atomun Temel Tanecikleri olan Protonlar, Nötronlar, Elektronlar…
ve onları oluşturan Kuarklar. Hadi gel Çekirdek Fiziği’ni en basit şekilde
inceleyelim.
Atom
çekirdekleri “+” yüklü Protonlardan ve yüksüz Nötronlardan oluşuyor. Atomların
kütlelerinin neredeyse tamamını çekirdeklerindeki bu Protonlar ve Nötronlar
oluşturuyor. Protonlar ve Nötronlar kütle olarak birbirlerine çok yakın olsalar
da Nötronlar, Protonlara göre çok azıcık daha ağır. Bu Proton ve Nötronlara ise
yörüngelerdeki “-“ yüklü elektronlar eşlik ediyor. Elektronlar ise hem
Protonlardan hem Nötronlardan çok daha hafifler.
Peki bu
atom altı taneciklerin yükleri ve kütleleri neden önemli?
Evrendeki
en hafif ya da diğer bir deyişle atom çekirdeğinde en az sayıda Proton bulunan atom
Hidrojen atomu olduğuna göre; gel birlikte Hidrojen atomunun inceleyelim.
Önce
hidrojen atomunun çekirdeğini çizelim.
Sonra içine bir
Proton.
Şimdi de çekirdeğe bir yörünge ve yörüngeye de bir elektron.
İşte
Hidrojen atomu bu şekilde gözüküyor. Şuraya da Hidrojen yazdık mı. Tamam. Hidrojen atomumuz hazır.
Fakat
biraz önce “Atomlar Proton, Nötron ve Elektronlar oluşur.” demiştim ya
Hidrojen-1 atomunun çekirdeğinde Nötron bulunmuyor. Bu yüzden çekirdeğinde
Nötron bulunan en basit atoma geçiş yapalım. Çekirdeğe bir tane de Nötron
çizelim. Ama kuantum ölçeğinde bile hiçbir madde, başka bir madde ile iç içe
bulunamıyor. Dolayısıyla Proton ve Nötron iç içe geçemeyeceği için Proton biraz
kenara gelip Nötrona yer açsın. Bu kadar basit.
Atomumuz artık Hidrojen-2
izotopu. Yani Döteryum.
Burada pek belli olmuyor ama Nötronun kütlesi, Protondan
çok az bir miktar daha fazla.
Şimdilik
Elektronu bir kenara bırakıp Döteryumun çekirdeğini daha yakından inceleyelim. Döteryum atomumuzun Çekirdeği,
Proton ve Nötronumuz.
Şimdi Proton ve Nötron arasındaki
kütle farkını daha iyi görebilirsin. Göremedin mi? Neyse. Göremesen de arada Binde
bir kadar çok çok çok küçük bir Kütle farkı var. Şimdilik bunu bilmen yeterli.
ve Aşağı
kuarklardan yararlanacağız.
Yukarı kuarkların yükü +2/3,
Aşağı kuarkların yükü
ise -1/3.
Eee, Hani çok basit anlatacaktın. Derinlere indikçe iniyorsun! DEME!
Birkaç saniye daha sabredersen tam şuranda bir ampul yanmasını sağlayacağım.
“+” Yüklü Proton için sonuç “+1”,
Nötr, yani yüksüz Nötron için sonuç “0” çıktı. Yaktım mı şimdi buradaki ampulü?
Yaktım yaktım. Işığı buraya kadar geldi.
Doğadaki
en hafif element olan Hidrojenin atomunda bir proton, bir elektron vardı. Döteryumun,
yani Hidrojen-2 izotopunda ise bir proton, bir nötron, bir de elektron vardı.
Evrende
Döteryum, iki adet hidrojen atomunun nükleer reaksiyon ile birleşmesi sonucu
oluşuyor. İki adet hidrojen atomu birleşirken reaksiyona iki adet proton ve iki
adet elektron girer. Fakat reaksiyondan bir adet proton bir adet nötron bir
adet elektron çıkar. Peki bu nötron nereden geliyor? Ayrıca bir adet Proton ve bir
adet elektron nereye gidiyor?
Gel
seninle bir denklem kuralım. Nükleer reaksiyon atomların çekirdeklerinde gerçekleştiğine
göre. Şimdilik elektronları bir kenara bırakabiliriz.
Bu
birinci Hidrojen çekirdeğimiz.
Bu da ikinci Hidrojen çekirdeğimiz.
Uygun
koşullar oluştuğunda –ki uygun koşullardan ileride bahsedeceğim. – Bu iki
çekirdek birleşiyor. Bu birleşme sonucunda İki proton bir çekirdeğin içine
girmeye zorlanıyor. Olması gereken bu.
Fakat Fizik kanunları var. Ve diyor ki
öyle kafanıza göre bir araya toplanamazsınız. Madem yan yana geldiniz biriniz
eski kimliğini dışarıda bırakarak bundan sonra Nötron olacak. “Tamam” diyor
bizim eski Proton ve Nötron olmayı kabul ediyor.
Yani şöyle bir şey oluyor.
Hatırladın
değil mi? Bu bizim Döteryum. Ama keşke her şey bu kadar kolay olsa. Yine olmaz diyor
Fizik kanunları. Siz ikiniz de Protonken yükünüz +ikiydi fakat şimdi +bir
kaldı. Denge olmak zorunda. “Tamam” diyor bizim eski Proton. Nötr duruma
geçerken elinde kalan “+” yükünü Pozitron olarak gönderiyor çekirdeğin dışına.
Bunlar da hepinizin bildiği bir parçacık
olan “-“ yüklü Elektron, Elektronun karşıt parçacığı olan “+” yüklü Pozitron ve
yüksüz Nötrino. Bu parçacıklardan Elektron ve Nötrino, Lepton; Pozitron ise
Karşıt Lepton. Üçünün de kütlesi Proton ve Nötron gibi parçacıklara göre çok çok
çok daha az.
Konumuza
geri dönelim. Eski Proton Yeni Nötronumuz Pozitronu göndererek yükünden
kurtuluyor.
Fakat Fizik kuralları en ufak bir dengesizliği bile kabul etmez.
“Pozitronu gönderip yükünden kurtuldun fakat sen biraz kilo da almışsın. Sen
Protonken kütlen biraz daha azdı.” diyor. Bir Pozitron, yani bir Karşıt Lepton
gönderen Protonumuz bir de Lepton göndermeli ki Nötrona dönüşebilsin. Fakat
burada karşısında bir engel var. Elektron gönderemez. Çünkü parçacık olan
Elektron ile karşıt parçacık olan Pozitron bir araya gelirse birbirlerini yok
ederek saf enerjiye dönüşür. Geriye tek bir seçeneği kalıyor o da nötrino
göndermek.
Bir sürü zahmet çekip Fizik
kanunlarını memnun etmeyi başaran Protonumuz Nötron olmaya hak kazanıyor. Ve inanın bana
bu, çok büyük bir olay. Hepimiz yaşamlarımızı Nötrona dönüşmek için bu kadar
çaba harcayan bu Protona borçluyuz. Ama bu, başka bir sohbetimizin konusu.
GERİ SAR.
Bir sürü zahmet
çekip Fizik kanunlarını memnun etmeyi başaran Protonumuz artık Nötron olmaya
hak kazanıyor.
Sonuç olarak “+1” yüklü kütlece daha hafif olan Proton uygun
koşullarda Nötrona indirgenirken Uzaya, Kütlenin Korunumu Yasası Gereği Nötrino
ve pozitron gönderiyor.
Çekirdekte
her şey yoluna girdi. Fakat bu sefer de Elektronlar sorun çıkarıyor. Nükleer
reaksiyon sonucunda çekirdekte tek Proton kaldıysa yörüngede de tek elektron
olmak zorunda. O zaman dönelim tekrar Elektrona. Nükleer reaksiyon ile
Nötrondan çıkan pozitron yoluna devam ederken çekirdeğin yörüngelerindeki
elektronlardan biri ile birleşerek hem kendi yok oluyor hem de elektronu yok
ediyor.
Fakat evrende hiçbir şey yoktan var olmaz, vardan da yok olmaz. Sadece
form değiştirir. Elektron da Pozitron da birer parçacık. Karşıt parçacıklar birbirleri
ile temas edip birbirlerini yok ettiklerinde ortaya Gama Fotonu denilen bir enerji
açığa çıkıyor. Madde, enerjiye dönüşüyor. Ve bu enerji de gezegenimizdeki
hayatı mümkün kılıyor. Nötrino ise etliye sütlüye karışmadan yoluna devam
ediyor.
Ve sonuçta iki proton ve iki elektronun girdiği nükleer reaksiyondan
bir proton bir nötron bir de elektron ve Nötrino açığa çıkıyor.
Döteryumun
Hidrojenin bir izotopu olduğundan bahsetmiştim. Helyumu oluşturmak için
Hidrojen değil Döteryum gerekiyor. Bir Proton bir Nötron ve bir Elektrondan
oluşan iki tane Döteryum birleşerek iki proton iki nötron iki elektrondan
oluşan Helyum’u oluşturuyor.
Fakat
burada yeni bir sorun ortaya çıkıyor. Helyumun çekirdeğinde iki Proton, 2
Nötron oluşuyordu. Nötronlar zaten yüksüz. Protonların ikisi de “+” yüklü.
Basit fizikten biliyoruz ki karşıt yükler birbirini çekerken aynı yükler
birbirini iter. O zaman bu iki Protonun birbirini itmesi gerekiyor. Peki neden Protonlar
birbirlerini iterek çekirdeği dağıtmıyorlar da bir arada duruyorlar.
İşte tam
bu noktada evrendeki en güçlü kuvvet devreye giriyor. Bu kuvvet, atomların
çekirdeklerindeki proton ve nötronların birbirine bağlanmasını sağlayan kuvvet.
Güçlü Nükleer Kuvvet işlerini Mezonlara yaptırıyor.
Güçlü Nükleer
Kuvvetin bilgisini taşıyor ve bu parçacıkların birbirlerine bağlanmasını
sağlıyorlar.
Güçlü Nükleer Kuvvet evrendeki en
güçlü kuvvet olsa bile etkisi sadece atomun çekirdeği ile sınırlıdır. Zaten bu
şekilde olmasa fizik, asla bildiğimiz gibi işlemezdi. Atomların çekirdekleri
birbirini çeker evrendeki elementler durup dururken, ısıya, basınca, enerjiye
ihtiyaç duymadan daha ağır elementleri oluşturur ve belki de evren daha çok
erken safhalarda tekrar içe çökerdi. Neyse, şimdi “Olmasaydı ne olurdu?” kısmını hiç karıştırmayalım.
GERİ SAR.
Güçlü Nükleer Kuvvet evrendeki
en güçlü kuvvet olsa bile etkisi sadece atomun çekirdeği ile sınırlıdır. Bu
mesafe de 10-15 metredir.
Yani bir milimetrenin milyonda birinin milyonda biri. Güçlü Nükleer Kuvvetin
ilginç yanı ise kuarklar birbirine yaklaştıkça birbirlerini daha az çekerken
birbirleriden uzaklaşıp aradaki mesafe 10-15
metreye yaklaştıkça artar.
Öyle ki kuarkların birbirlerine en yakın olduğu noktada yok denilecek kadar
azken 10-15 metre mesafede tonlarca ağırlıktaki bir
nesneye etki eden Kütle çekimi kuvveti kadardır. Yani eğer kuarkları ya da proton
ve nötronları tutabiliyor olsaydın bile onları birbirlerinden 10-15 metrelik mesafeden daha fazla, hatta bu
mesafeye kadar bile ayıramazdın. Yine gereksiz bilgiler verip kafanı şişirmeye, aklını
karıştırmaya başladım değil mi? Unut şimdi bu son söylediklerimi. GERİ SAR.
Güçlü Nükleer Kuvvet evrendeki
en güçlü kuvvet olsa bile etkisi sadece atomun çekirdeği ile sınırlıdır.
Şu ana
kadar Protonların pozitif yüklü, Nötronların Nötr, yani yüksüz, Elektronların
Negatif yüklü olduğunu, Hidrojen atomunun bir adet Protondan oluştuğunu,
Hidrojen atomlarının nükleer reaksiyon ile Döteryum oluşturduklarını, fakat
Döteryum’un aslında yeni bir element olmadığını, sadece Hidrojenin izotoplarından
biri olduğunu, Döteryumların ise nükleer reaksiyon ile Helyum elementini
oluşturduğunu anlattım.
Peki
neden Döteryum yeni bir element değil de Helyum yeni bir element?
Bunun
çok basit bir açıklaması var. Atomların çekirdeklerindeki Protonlara bakıyoruz.
Hidrojende bir adet Proton var.
Döteryumda da bir adet Proton var.
Yanına bir adet
de Nötron geldi. Fakat Proton sayısı hala bir.
Helyumda ise iki adet Proton
var.
Yanında da iki tane de nötron olması bir şey değiştirmiyor.
Çünkü önemli
olan tek şey Proton sayısı. Sonra 3 Protonlu Lityum geliyor. Periyodik cetveli
hatırlayın. Lityumdan sonra 4 Atom numaralı, yani 4 Protonlu Berilyum. 5 Atom
numaralı Bor, 6 Atom numaralı Karbon diye devam ediyor.
Farklı
proton sayısına sahip elementlerin farklı isimleri ve özellikleri oluyor. Bir
de Döteryumdan bahsederken izotop dedim. Başlamışken onu da anlatayım?
İzotop,
bir elementin çekirdeğindeki nötron sayısına göre bulunabileceği hallerin
tümüne verilen isim oluyor. Atomun çekirdeğindeki Protonlar ile Nötronların
sayısı toplanarak izotopun numarası belirleniyor. Az önce Karbon elementinde
kalmıştık. Karbon elementinin çekirdeğinde 6 proton olduğunu zaten Atom
numarasının 6 olmasından dolayı biliyoruz. Bu 6 protona minimum 3, maksimum 10
Nötron daha katılır. Dolayısıyla Karbon elementi evrende 8 farklı izotop
halinde bulunabilir. 6 Proton + 3 Nötrondan oluşan Karbon izotopuna Karbon-9 ,
6 Proton + 10 Nötrondan oluşan Karbon izotopuna Karbon-16 denir. Aradaki diğer
Karbon izotoplarına da aynı şekilde Karbonun yanına Proton ve Nötron
sayılarının toplamı ekleyerek söylenir. Bu izotoplar Proton ve Nötron sayıları
birbirlerine ne kadar yakınsa o kadar kararlı, Ne kadar farklıysa o kadar
kararsızdır. 6 Proton ve 6 Nötrona sahip Karbon-12 izotopu kararlı bir
izotoptur. 6 Proton ve 10 Nötrondan oluşan Karbon -16 ve 6 Proton ve 3
Nötrondan oluşan Karbon-9 izotopu ise olabildiğince kararsızdırlar ve kararsız
izotoplar kararlı olmak isterler. Bu sebeple ya enerji atarak ya da parçacık
atarak kararlı hale gelmeye çalışırlar. En kararlı hale gelene kadar enerji ya
da parçacık atma işlemi devam eder. Enerji ve Parçacık atarak daha kararlı hale
gelmeye çalışan bu kararsız çekirdeklere Radyoaktif izotoplar denir. De ben yine
coştum galiba. GERİ
SAR.
İzotop
bir elementin çekirdeğindeki nötron sayısına göre bulunabileceği hallerin
tümüne verilen isim oluyor.
Periyodik Cetveldeki
elementlerin, Periyodik cetvele neye göre dizildiğini ve İzotopları da anlattığıma
göre bu sohbetimizi sonlandırmanın vakti geldi sanırım. ÇEKİRDEK FİZİĞİ
hakkında aslında anlatmam gereken ve anlatacağım çok şey var aslında. Fakat
bunlar değil bir sohbete, birkaç sohbete bile sığacak şeyler değil. Şimdilik
daha fazla anlatıp kafanı karıştırmak istemiyorum. İlerde bir zaman tekrar
Çekirdek Fiziği hakkında sohbet ederiz. O zaman da Hadron, Baryon, Mezon, Lepton,
Foton, Bozon, Gluon, Graviton, Çift yok oluş ve Çift var oluş ile enerjinin
maddeye ve maddenin enerjiye nasıl dönüştüğü gibi konulara değiniriz.
Ama şimdi o kadar ilerisini boş
verelim de bir sonraki sohbetimizden bahsedelim. Bir sonraki sohbetimizde Evrendeki
elementlerin nasıl, ne zaman ve nerede oluştuklarından bahsedeceğim. Bir
sonraki sohbetimizi kaçırmak istemiyorsan kanalıma abone olup zili çalmayı ve
bu sohbetimizi beğendiysen de beğen butonuna basmayı ve videoma yorum yapmayı unutma.
Bir
sonraki sohbetimizde görüşmek üzere hoşça kal. Bilimle Kal.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder