Atomaltı Parçacık Nedir, Nasıl Keşfedildi?

İçinde yaşadığımız dünya, en basit tanımıyla epey karmaşık. İnsanlık olarak gördüğümüz şeyleri anlamlandırmaya çalışırken aslında gördüğümüzden çok daha büyük ve çok daha küçük şeyler olduğunu keşfettik; mesela evren, mesela atom. Atomu yıllarca maddenin en küçük yapı taşı olarak bildik ancak fark ettik ki atomaltı parçacıklar adı verilen ve atomu oluşturan daha pek çok madde var.

Atomu oluşturan bazı atomaltı parçacıkları biliyor ve yakından tanıyoruz. Ancak bazıları, işin uzmanı bilim insanları tarafından bile tam olarak keşfedilmiş durumda değil. Sonuçta bahsettiğimiz maddeler gözle görülmediği gibi özel mikroskoplarla bile zor tespit edilen türden. Gelin atomaltı parçacıklar nelerdir, türleri nelerdir biraz daha yakından inceleyelim ve bu minnacık maddeleri kimin keşfettiğini görelim.

Atomaltı parçacıklar nedir?

Atomdan çok daha küçük olan ve atomu oluşturan maddeler, atomaltı parçacıklar olarak adlandırılmışlardır. Atomaltı parçacıklar kendi kendine yeten ve enerji sahibi olabilen maddelerdir. Maddenin temel bileşenleri olan atomaltı parçacıklar, temel bileşenler olarak da adlandırılır. 

Atomaltı parçacık özellikleri ve türleri:

Atomaltı parçacıklar leptonlar ve kuarklar olmak üzere iki ayrılırlar.Başka maddelerden oluşmamışlardır. Yani atomaltı maddelerin alt maddeleri yoktur.Elektron bir leptondur.Lepton, Yunanca’da hafif parçacık anlamına gelmektedir.Kuark adını İrlandalı yazar James Joyce’dan almıştır.Bilinen altı kuark türü vardır.Proton ve nötrondan oluşan nükleondan çekirdek meydana gelmiştir.Elektronun ve çekirdeğin içinde bulunan nükleon kararlıdır.Çekirdeğin içinde baryonlar ve mezonlar bulunmaktadır.Baryonlar ağır, mezonlar ise orta ağırdır.Baryonlara ve mezonlara hadronlar adı verilir.Hadronlar, Yunanca’da kuvvetli parçacık anlamına gelmektedir.Baryonlar üç kuarktan oluşur.Mezonlar bir kuark ve bir antikuarktan oluşur.Nötron da, proton da UDD kuarklarından meydana gelmiştir.Hadronlar kuarklardan meydana gelir.Mezon alışverişi yapan hadron kararlıdır.Kuvvet sayesinde çekirdek parçalanmaz.Hadronlar Hideki Yukova tarafından keşfedilmiştir.Nötrinolar leptondur.Nötrinolar yüksüzdür ya da çok hafiftir.Bozunma ve etkileşim sonucu nötrino ortaya çıkar.Evrende çok fazla nötrino vardır ancak diğer maddelerle çok az etkileşime girerler. Yapısı henüz tam olarak keşfedilmemiş foton, bozon, mezon, fermiyon, baryon ve graviton gibi pek çok atomaltı parçacık vardır.

Atomaltı parçacıkları kim keşfetti?

Atomaltı parçacıkları ancak günümüzde yapılan deneyler sayesinde tam olarak keşfediyor olsak da bu küçük maddelerden bahseden ilk kişiler binlerce yıl önce yaşamış Yunan filozoflar Leucippus ve öğrencisi Demokritos’tur. Maddenin küçük ve bölünmez parçalardan oluştuğunu iddia etmişlerdir.

Atom ve atomaltı parçacıklarla ilgili en önemli çalışmaları ise 19. yüzyılın başında İngiliz kimyager John Dalton yapmış ve atom teorisini ortaya atmıştır. 1896'da Fransız fizikçi Henri Becquerel radyoaktiviteyi keşfetmesi bu çalışmaları hızlandırmıştır. Yalnızca bir yıl sonra İngiliz fizikçi JJ Thomson elektronu keşfetmiştir.

İngiliz fizikçi Ernest Rutherford tarafından ortaya atılan atom modeli, atom hakkında yapılan çalışmaları bir adım ileri taşımıştır. Danimarkalı teorisyen Niels Bohr ise ortaya koyduğu atom modeli ile hem atom hem de atomaltı çalışmalar için yeni bir devrin başlamış olduğunu herkese gösterdi. 

Atomaltı parçacıkların önemi:

Atomaltı parçacıklar öyle ortaya dolaşan minik maddelerden çok daha fazlasıdır. İki temel görevleri vardır; evrenin temel yapı taşı olmak ve her şeyi birbirine bağlamak. Bu iki temel görevi yapan iki farklı atomaltı parçacık türü olsa da şüphesiz onları birbirinden kesin olarak ayırmak doğru olmaz. Bazı benzerlikleri vardır.

İki atomaltı parçacık türü boy olarak neredeyse aynıdır. Kesin olmasa da bir atomun 10 üzeri eksi 10 metre olduğunu düşünürsek atomaltı parçacıkların ortalama boyunu hayal etmek bile epey zor olacaktır. Yani bu minnacık maddeler her yerde dolanıyor ve evreni var etmekle kalmıyor, aynı zamanda her şeyin bir arada kalmasını sağlıyorlar.

Kuantum mekaniği ve atomaltı parçacıklar:

Bilim insanları, 1920’li yıllarda atomu ve hareketlerini çok daha iyi anlamak için kuantum mekaniğini geliştirdiler. Aynı yıllarda atom yapısının kuantum mekaniği incelemesinde atomun açısal momentumu ile ilgili üç farklı kuantum sayısı ortaya çıkar. Bunun nedeni, elektron hareketlerini belirleyen üç bağımsız ve değişken parametre olmasıdır.

iki Hollandalı fizikçi olan Samuel Goudsmit ve George Uhlenbeck, birkaç yıl sonra çekirdeğin de ötesinde bir dış değerli elektrona sahip sodyum gibi bir madde olmasını gerektiğini fark ettiler. Yani dördüncü bir kuantum sayısı olması gerekiyordu. Yapılan hesaplar sonucu bu maddelerin dönen elektrik yükleri gibi hareket edeceği öngörüldü.

Elektrik yükü gibi hareket etmesi demek, manyetik alan demektir. Bu noktada spin ilişkili kuantum sayısının iki olası değeri olacağı görüldü. Bugün artık biliyoruz ki spin kavramı, tüm atomaltı parçacıklar için eşsiz bir özelliktir. Spin, iki ana gruba ayrılır ve biribirini etkileyen özellikler taşırlar.

Atomdan küçük olup atomu oluşturan maddeler yani atomaltı parçacıklar nedir, türleri nelerdir, kim keşfetmiştir gibi merak edilen soruları yanıtladık ve konu hakkında bilmeniz gereken detaylardan bahsettik. Bir şeyler biliyor bile olsak atomaltı parçacıklar büyük oranda gizemini koruyor.