İnsan Bedeninin Parçacık Fiziği

Her birimiz temel parçacıklardan oluşmuş durumdayız. Dahası, biz de parçacık üretiyoruz ve sürekli olarak parçacık bombardımanı altında yaşıyoruz.

14 milyar yıl önce evrenimiz sıcak ve yoğun bir noktacıktan hızla genişlemeye başladı. Varolan tüm madde ile antimadde birbirini yok ederek, geriye enerjiden başka birşey bırakmamalıydı. Ama az bir miktar madde yok olmamayı başardı.

Sonuç olarak parçacıklarla dolu bir dünyadayız ve bu parçacıkların kütleleri de yükleri de insan yaşamını olanaklı kılıyor. Gelin şimdi yaşamı olanaklı kılan bu parçacıkların fiziğine yakından bakalım.

Yapıldığımız Parçacıklar

Bedenimizin yaklaşık %99’u hidrojen, karbon, azot ve oksijen atomlarından oluşur. Bunların yanı sıra, yaşam için gereken diğer bazı elementlerden de daha az miktarlarda içeririz.

Beden hücrelerimizin çoğu 7 ila 15 yıl içerisinde yenileniyor olsa da, bu hücreleri oluşturan parçacıkların çoğu aslında milyarlarca yıldan beri varlıklarını sürdürmektedir. Vücudumuzdaki hidrojen atomları Büyük Patlama sırasında üretilmiştir; karbon, azot ve oksijen atomları ise yanan yıldızlarda. Çok ağır elementlerin atomları da patlayan yıldızlarda doğmuştur.

Bir atomun büyüklüğünü belirleyen, elektronlarının ortalama konumudur. Atom çekirdeği ise atomdan yaklaşık 100.000 kat daha küçüktür. Çekirdek bir fıstık boyutlarında olsaydı, atom neredeyse beyzbol stadyumu kadar olurdu. Vücudumuzu meydana getiren tüm atomlardaki boş alanları çıkarsak, kaplayacağımız hacim bir toz tanesi kadar olurdu. O durumda tüm insanları bir küp şeker hacmine sığdırmak mümkün olurdu.

Tahmin edebileceğiniz gibi, boşlukları bir kenara bırakırsak bu parçacıklar kütlemizin küçük bir kısmını oluşturur. Atom çekirdeğindeki protonlar ve nötronların her biri üçer tane kuarktan oluşur. Kuarkların kütleleri, bu parçacıkların Higgs alanı ile etkileşiminden ileri gelir ve proton ya da nötronun kütlesinin küçük bir yüzdesinden sorumludur. Kuarkları birarada tutan güçlü çekirdeksel kuvveti taşıyan gluonlar ise bütünüyle kütlesizdir.

Peki eğer kütlemiz bu parçacıkların hiçbirinin kütlesi ile açıklanamıyorsa, nasıl açıklayacağız? Enerji. Bilimcilere göre vücut kütlemizin neredeyse tamamı kuarkların kinetik enerjisi ve gluonların bağlanma enerjisinden geliyor.

Yaptığımız Parçacıklar

Bedenimiz küçük ölçekli bir radyoaktif parçacık madenidir. Kendi vücudumuzdan kaynaklanan doğal radyoaktivite nedeniyle yıllık hemen hemen 40 milirem doza maruz kalırız. Bu miktar, göğüs röntgeni çektirildiğinde maruz kalınanla eşittir. Radyasyon doz düzeyimiz, bizim kadar radyoaktif olan sevgilimizle uyuduğumuz her 8 saat için bir-iki milirem daha artar.

Radyasyon yayımlıyor olma nedenlerimiz arasında yediğimiz besinler, içtiğimiz içecekler ve hatta Potasyum-40 ve Karbon-14gibi radyonüklitler içeren soluduğumuz bu hava bulunuyor. Bunlar moleküllerimize sızarak, bozundukları zaman bedenimizde radyasyon yayımlanmasına yol açarlar.

Potasyum-40 bozunurken bir pozitron (elektronun antimadde eşi, yani anti-parçacığı) salar. Dolayısıyla küçük bir miktar antimadde de içeririz. Ortalama bir insan günde 4000’den fazla pozitron üretir. Ama çok geçmeden bu pozitronlar elektronlar ile karşılaşıp birbirlerini yok ederek gama ışınımına dönüşür.

Karşılaştığımız Parçacıklar

Kendi vücudumuzda doğan radyasyon, her gün temas halinde olduğumuz doğal (ve zararsız) radyasyonun sadece bir bölümüdür. Ortalama bir Amerikalı her yıl 620 milirem civarında bir radyasyon dozu almaktadır. Yediğimiz yiyecekler, yaşadığımız ev, yürüdüğümüz yollardaki taş-toprak, düşük düzeylerde de olsa bizi radyasyona maruz bırakır. Sadece bir Brezilya fıstığı yemek ya da dişçiye gitmek bu dozu birkaç milirem daha arttırabilir. Sigara içmek ise 16.000 milirem kadar yükseltebilir.

Uzaydan gelen yüksek enerjili radyasyon, yani kozmik ışınlar sürekli olarak atmosfere giriş yapar. Orada başka çekirdeklerle çarpışarak mezon üretirler; onların da çoğu bozunarak müon ve nötrino gibi parçacıklar üretir. Bunların tümü Dünya yüzeyine ulaşarak, içinizden geçerler. Bu da yıllık radyasyon dozajınıza 27 milirem gibi bir katkı yapar. Bu kozmik parçacıklar kimi zaman genetiğimizi bozarak mutasyonlara neden olabilir. Böylece evrimsel değişimde rol alabilirler.

Bizi foton bombardımanına tutarak çevremizdeki dünyayı biçimlendiren güneşimiz ayrıca nötrinolar da salar. Nötrinolar bedenimizin sürekli ziyaretçileridir. Her saniye neredeyse 100 trilyon nötrino içimizden geçer. Güneşin yanı sıra, başka yıldızlardaki nükleer tepkimelerden ve kendi gezegenimizden kaynaklanan nötrinolar da vardır.

Nötrinoların çoğu erken evrenin ilk birkaç saniyesinden beri hayattadır; yani bizi oluşturan atomlardan daha yaşlıdırlar. Ancak o denli zayıf etkileşirler ki, ziyaretlerine ilişkin hiçbir iz bırakmadan vücudumuzdan geçip giderler.

Bunlardan başka sürekli olarak bizi yıkayan karanlık madde parçacıkları da vardır. Karanlık madde ışık yayımlamaz, yansıtmaz ve soğurmaz. O nedenle de algılanması çok güçtür. Yine de bilimciler evrenimizin %80’inin bu madde türü tarafından meydana geldiğini düşünüyor.

Evrene yayılan karanlık maddenin yoğunluğuna bakan bilimcilerin hesabına göre, her bir saniyede bu parçacıklardan yüz milyonlarcası içimizden geçiyor olsa gerek. Tabi vücut atomlarımızla da çarpışıyorlardır ama karanlık madde normal madde ile pek güçlü etkileşmediğinden bedenimiz üzerinde dikkate değer etki yapmaz.

Gördüğünüz gibi parçacık fiziğinin yaşantımız üzerindeki etkisi sadece laboratuvar deneylerinden ya da uzay araştırmalarından ibaret değil; biz onun sayesinde hayattayız.

Kaynak
*Bilimfili - "İnsan Bedeninin Parçacık Fiziği"
http://bilimfili.com/insan-bedeninin-parcacik-fizigi/