Atom Kavramı, Parçacık Fiziği ve CERN

Peki yazımızın da konusu olan atom, sonrasında da parçacık kavramları ne zaman ortaya çıkmış dersiniz? Bunu öğrenmek için epey geriye gitmemiz gerekiyor. M.Ö 400’lerde Abderalı Demokritus bizim için atomun tanımını yapmış. “Demokritus’a göre madde , “ bir noktadan sonra daha fazla bölünemeyecek küçük temel parçacıkların ” birleşiminden oluşuyordu.” (Sekmen, 2014, p. 8) .Bölünemeyen anlamına gelen atomos, maddenin daha fazla küçültemediğim son haline verilen isim oldu. Bir anlığına günümüz şart ve teknolojilerini unutup biraz Demokritus’u anlamaya çalışalım. Diyelim ki elimizde bir elma olsun. Elmayı önce ikiye sonra dörde sonra sekize … artık kaça kadar bölebilirsek bölelim. Bir yerden sonra elimizdeki parçalar o kadar küçülecek ki bölemeyecek hale geleceğiz. Peki bu elmayı elma yapan bir özü-nüvesi yok mudur acaba? Öyle bir öz ki hem daha çok bölünmesin hem de bana madde hakkında biraz fikir versin. İşte bu basit düşüncelerden başlayarak günümüzde halen uğraşımız olan parçacık fiziğine doğru bir serüven başlamış oldu.

Peki, atom maddenin en küçük yapı taşı ise (Hepimiz bu şekilde “ezberledik” ya hani…) parçacık nedir?  Yüzyıla yakın zamandır biliyoruz ki atom maddenin en küçük yapı birimi değil. Atomun içinde ondan daha küçük ve farklı fonksiyonları olan atom altı yapılar var. Söz gelimi, elektron gibi. Atom içinde çekirdek, çekirdek etrafında ise elektronları bulunuyor. Çekirdek içinde ise proton dediğimiz pozitif yüklü ve nötron dediğimiz yüksüz hadronlar var. Proton ve nötron hadron çeşitleridir. Hadronlar temel parçacıkların birleşiminden oluşan yapılardır. Demokritos’un atom yani bölünemeyen olarak düşündüğü şey, bugün temel parçacıklar diye nitelendirdiğimiz yapılardır. Mesela elektron temel parçacıklardan biridir. Yani elektronu bölüp daha küçük bir özünü bulamazasınız. Proton ve nötron ise kuark dediğimiz diğer bir temel parçacıktan oluşur. Kuarklar tek çeşit değildir.Bildiğimiz 6 farklı kuark vardır. Bu yazıda, kuarkları ayrıntılı olarak ele alamayacağız ama merak edenler için ileri okuma olarak aşağıda referans bulabilirsiniz.

Peki, son soru: CERN  parçacık fiziği hakkında neler yapıyor? Ne için uğraşıyor? CERN (Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi) bünyesinde çeşitli deney gruplar içerir. Bu gruplar temelde ortak bir görev peşinde olsa da kendi içlerinde özelleşmiş amaçlara sahiptir. Yani bir deneyden alınan verilerle herkes farklı parçacığın ya da farklı bir fiziğin peşine düşebilir. Ancak temelde yapılan, çarpışmalar sayesinde ortaya çıkan bilgilerle parçacık arayışına girmektir. Mesela yüksek hızlara ulaşmış iki proton kafa kafaya çarpıştırılıp sonra çarpışma ile etrafa saçılan şeylerin izini sürebilirsiniz. Parçacıklar dünyasında yüksek hız ışık hızına yakın/ışık hızıyla kıyaslanabilir bir hız demektir. Kafa kafaya çarpışmak ise zıt yönde hareket edip birbirine doğru gelen protonların çarpışmasıdır.Protonların çarpışmasını hayal etmek elbette kolay bir iş değil. Bunun yerine somut ve basit düşünelim dersek, iki tane cam şişe düşünelim. Bunların içinde bilyeler olsun. Şişenin, açıp içine bakabileceğimiz bir kısmı da olmadığını varsayalım. Eğer bu iki şişeyi kafa kafaya tokuşturursak şişeler kırılacak,içinden bilyeler saçılacaktır. İşte CERN bünyesindeki çarpıştırıcılar şişelerin tokuştulduğu yer , çarpışan şişeler ise parçacık ya da hadronlar diyebiliriz☺ . Çarpışma sonunda ise şişelerin içinden çıkan bilyeler merak ettiğimiz parçacıklar. Özetle amacımız tam da bu, şişenin içinde neler olduğunu görebilmek.

Yakın bir zamanda şişenin içinden çıkanları yakından görebilmek için CERN’e gitmiş olacağım.. Sadece giriş yaptığımız parçacık fiziğini daha detaylı ele almak için bir aylık CERN süreci ve sonrasında yazı dizimiz devam edecektir.

[1] Parçacık Fiziği en küçüğü keşfetme macerası-Sezen Sekmen
[2] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/particles/quark.html