Keith Cooper, space.com’da 27 Kasım 2022’de yayımlanan yazısında protonlara ışık tuttu…
Protonlar, nötronlarla birlikte, atom çekirdeğini oluşturan (atom-altı) parçacıklar… Bir atomun (‘ağırlığı’ olarak, muhtemelen hatalı olarak ifade edilen) kütlesi çekirdeğindeki proton ve nötron sayısına bağlı olarak artar…; ne kadar proton, nötron.., haliyle, o kadar ‘atom kütlesi’…!
Bunlara bir istisnai durum…Hidrojen…; çekirdeğinde sadece bir proton mevcut olan… Dolayısıyla, Hidrojen en hafif element olmakta…
Elementlerin Periyodik Tablosundaki, kütlesi en büyük (en ağır ?) element olan ‘Oganesson’un 118 protonu mevcut…
Protonlar ‘elementer’ (bölünemeyen; elementary) parçacıklar değil, ‘Kuark’ adı verilen aalt-parçacıklardan oluşmakta…
Nötronlar gibi, Protonlar, (ikisi) ‘up’ ve (biri) ‘down’ adı verilen üç kuarktan oluşmakta… Bu ‘Proton-altı’ parçacıklar, Protonun içinde ‘Güçlü Kuvvet’ (Strong Force) tarafından bir arada tutulmakta…
Fizikçiler, üçer Kuark’tan oluşan atom-altı parçacık ailesine ‘Baryon’lar adını verdi…’Baryonik Madde’den bahsedildiğinde, Protonlardan ve Nötronlardan (ve, haliyle, atomlardan oluşan) madde kastedilmekte… (Bu arada…, ‘Baryonik olmayan’ madde var mı diye sorulabilir… Belki…, ‘Kara Madde’ (Dark Matter) böyledir…!)
‘Baryonik Madde’… insan-hayvan-bitki, gezegen-yıldız-gökada…, Evrende gözle görülebilen (ve görülemeyen !) her türlü cismi/varlığı oluşturan madde…
Atomların, Maddenin en küçük yapı taşı olmadığı…, atomlardan daha küçük olan ve atomları oluşturan daha küçük ‘Yapı Taşları’nın mevcut olduğu 19.yüzyıl sonlarında (1880+…) belirlendi…
Bilim İnsanı J. J. Thomson, Katot Işınlarının (cathode rays) negatif elektrik yüklü atom-altı parçacıklardan oluştuğunu belirledi…; bu parçacıklara Elektron adı verildi…Bunlar, deşarj tüpünde, atomlardan ayrılarak serbest hale gelmekteydi…Bunun benzeri olarak, anot ışınları (anode rays) da pozitif elektrik yüklü atom akımları (streams; iyonlar) olmalıydı… Özellikle, (sadece Protonlardan oluşan) Hidrojen İyonları, Anot Işınları olarak, 1898’de, Alman fizikçi Wilhelm Wien tarafından belirlendi…
Bir atom yapısı için ilk hipotez, pozitif yüklü parçacıkların amorf bir şekilde dağıtılmış kütlesi etrafına saçılmış negatif yüklü elektronlar halinde olduğu şeklindeydi… Bu atom tarifine/modeline ‘Erikli Puding’ (Plum Pudding) modeli adı verildi… Erik parçaları, hamurun içine gömülmüş olarak Elektronları temsil etse de, gerçekten epey uzak bir benzetmeydi…! (Günümüzde, ‘Ülker’in.. susamı azaltılmış krakeri’ne benzeyen bir durum…!)
İngiliz fizikçi Ernest Rutherford, bu modeli şüpheyle karşılamıştı…1909-1911 arasındaki dönemde, Hans Geiger (Geiger sayacının mucidi) ve Ernest Marsden, Rutherford’un gözetimi altında, Manchester Üniversitesinde, bugün Helyum Çekirdeği olarak bilinen, ‘Alfa Parçacıklarını’ altından yapılmış bir folyoya çarptırdı… Bu deneyden beklenen, Alfa Parçaçıklarının altın atomları arasından kolayca geçip gitmesiydi…; an azından, bir sapma olacaksa, bunun küçük bir mertebede gerçekleşmesiydi…
Ancak, Geiger ve Marsden’in bu deneylerinde gözlediği, Alfa Parçacıklarının büyük açılarla sapması/yansıması ve/veya doğrudan geriye yansımasıydı…! Gözlenen bu durum, ancak, ‘Puding içinde dağıtılmış erik parçaları modeli’ yerine, atomun merkezinde elektrik yüklü bir maddenin mevcut olmasıyla mümkün olabilirdi…Rutherford, bu deney bulgularından hareket ederek, atomların, küçük ve sıkıştırılmış bir çekirdek etrafını uzaktan dolanan Elektronlardan oluştuğu sonucuna vardı…
Elektronların bugün bilinen Kuantum Mekaniği davranışını içermeyen bu basit modeline, fizikçi Neils Bohr’un adına izafeten, ‘Bohr Modeli’ dendi… Bohr ve Rutherford (eksik) parçaları birleştirerek bu modele açıklık kazandırdılar…
Altın folyoya çarptırma deneyinde, Alfa Parçaçıklarının atom çekirdekleriyle karşılaştığı anlaşılmıştı…; ancak, Atom çekirdeği neden oluşmuştu…?
Bir kısmı Rutherford tarafından gerçekleştirilen çeşitli deneylerde, Hidrojen Çekirdeği başka elementlerden de ortaya çıkabilmekteydi…; Rutherford 1920’ye doğru, Hidrojen Atom Çekirdeğinin, Hidrojen Atomunun en hafif olduğu da dikkate alarak, tüm Atom Çekirdeklerinin temel yapı taşı olduğu sonucuna vardı… Rutherford, Hidrojen Çekirdeğine, Yunancada ‘ilk’ anlamına gelen ‘Proton’ adını verdi…
Bugün, Protonların ve Nötronların, ‘Kuark’ adı verilen, daha küçük (alt) parçalardan oluşmuş olduğu bilinmekte… Hidrojen Atomunun dışında kalan diğer atomların tümünün çekirdekleri Protonlardan ve Nötronlardan oluşmakta…
Proton, ‘Elementer Yük’ (Elementary Charge) adı verilen, bir yük taşımakta… Protonun bu elektrik yükü diğer yüklerin hesaplanmasında kullanılan temel bir birimi oluşturur… ‘Kuark’lar, bu elementer yük biriminden daha küçük (üçte biri veya üçte ikisi kadar) yük taşımakta… Proton’un bu yükü 1.602192 x 10^–19 ‘coulomb’a eşit… Bu miktar, negatif bir yük olarak, Elektronun da yükü…!
Atom Çekirdeğinde bulunan Nötronun elektrik yükü mevcut olmadığından, bir Atomdaki pozitif (Protonlar) ve negatif (Elektronlar) yük, birbirine eşit olarak bir denge oluşturur…; bu iki yük birbirini ‘nötr’ler/dengeler… Kısaca, atomlar elektrik yükü olarak nötr (denge) halindedir… Denge halindeki bir Atomdan bir Elektron koparılıp, uzaklaştırıldığında, Proton-Elektron yük dengesi bozulur ve bu atom, ‘İyon’ (Ion) adı verilen pozitif yüklü hale gelir…(Bu iyonlara, ‘Yaşamı Vareden’ atomlar demek, herhalde, doğru olur…!)
Atomun merkezinde (kalbinde !) yer alan Protonlar, bir atomun büyüklüğü/hacmi (çapı) dikkate alındığında, oldukça küçüktür…Bir metrenin ‘yüzlerce trilyonda biri’ (10^–15 metre) kadar…
Amerikalı fizikçi Robert Hofstader, Nobel Ödülü de kazandığı bir araştırmasıyla, atom-altı parçacıkların boyutlarını hesaplamakta kullanılacak bir Skala oluşturdu… Bilim insanı Enrico Fermi’nin adı kullanılarak, bir ölçü birimi olarak, 10^–15 metre uzunluğun ‘Femtometre’ (Femtometer) olarak tanımlandığı bu Skalada, aşağıdaki miktarlar (büyüklükler) hesaplandı…:
| Particle | Mass (kg) | Radius (m) | Charge (C) |
|---|---|---|---|
| Proton | 1.673 x 10^–27 | 0.83 x 10^–15 | 1.6021 x 10^–19 |
| Neutron | 1.674 x 10^–27 | 0.84 x 10^–15 | No charge |
| Electron | 9.109 x 10^–31 | 10^–18-10^–22 | –1.6021 x 10^–19 |
Bir ‘Femtometre’ uzunluk, bir insan saçının kalınlığının yüz milyonda biri kadar… Bir atomun çapının ise, on milyarda biri (10^–10) …
Bir atomun kütlesi, sadece just 1.673 x 10^–27 kilogram….Bir kilogram kütlenin ‘bin triyon trilyon’da biri’ …
Bir Protonun kütlesi ise, Elektronun kütlesi olan 9.1 x 10^–31 kilogram’ın 1836 katı…
Protonun kütlesi nötronun kütlesinden (1.674 x 10^–27 kilogram (Protonun 1.008 katı), veya, biraz daha küçük…
Hidrojen’in çekirdeğinin , bilinen-madde olarak, sadece bir Proton’dan oluştuğu ve Hidrojenin Evrende de en yaygın şekilde mevcut olan madde (veya molekül) olduğu dikkate alındığında, Proton-Bilimi, Evrendeki maddenin dağılımın anlaşılmasında önemli bir araştırma konusu olmakta…
Derin uzayda Hidrojen gazı ile dolu Bulutsular ‘H-II Bölgeleri’ olarak adlandırılır… Bu tanımlama, bölgedeki genç yıldızların yaydığı Hidrojen gazının, yıldızın morötesi ışınlarının etkisi altında iyonize olmasını ifade eder…H-I ise, doğal Hidrojen atomlarından oluşan molekülleri ifade eder…
Hidrojen atomu tarafından absorblanan morötesi ışık fotonu, atomdan elektronun koparak uzaklaşması için yeterli enerjiye sahiptir…Hidrojen atomundan, tek olan elektron koparılarak uzaklaştırılınca, geriye sadece Proton kalır…Bulutsudaki proton tekrar bir elektron kazanınca, 656.3 nanometre dalgaboyunda, H-II ışıması adı verilen, kendine özgü bir foton yayımlar (ışıma yapar)…
Proton’lar, Güneşin merkezinde devam eden nükleer tepkimede de önemli bir rol oynar.. Güneşin ışımasını ve ısının açığa çıkmasını sağlayan bu sürece Proton-Proton Zinciri (Proton-Proton Chain) adı verildi…
Güneşin merkezindeki sıcaklık, Nükleer Füzyon için yeterli olan, 15 milyon santigrad dereceye kadar yükselir… Bu sıcaklık ortamında, atomların tümü iyonlaşır… Güneşin maddesinin büyük bir kısmı Hidrojenden oluştuğundan, bu ortamdaki Hidrojen atomları elektronlarını kaybederek Protona dönüşür…
Proton-Proton Zinciri sürecinde, bu ortamda bir araya gelen iki Proton birbirine yapışabilir/kaynayabilir (fuse)…; bir Nötrino ve bir (pozitif yüklü) Pozitron (Elektronun pozitif yüklü Anti-madde olan kardeşi !) açığa çıkararak…
Tepkimeye giren bu iki Protondan biri, pozitif olan elektrik yükünü kaybederek, Nötrona dönüşür…Bu Nötron ile çiftin diğer Protonu birleşerek, Hidrojenin bir izotobu olan Döteryum’u oluşturur…Bu Döteryum Çekirdeği, başka bir Protonla birleşerek ve ışıma yaparak, (iki Proton ve bir Nötronlu) Helyum-3’ü oluşturur…Bu süreçte açığa çıkan enerji Güneşin yüzeyinden ışıma ve radyasyon olarak çevreye yayılır… (Deniz kenarında Güneşlenenlerin tenlerini koyulaştırmak için…)
Bu sürecin devamında, bir Helyum-3 aynı süreçte ortaya çıkan başka bir Helyum-3 çekirdeği ile birleşerek, (iki Proton ve iki Nötron’lu) Helyum-4’ü oluşturur, ayrıca, iki Proton açığa çıkarır…Bu Protonlar daha sonra yeni bir Helyum-3 sentezler ve bu süreç (zincirleme reaksiyon; ilave ışımalar şeklinde) devam eder…
Bu süreç Güneş’te ilave 5 milyar yıl daha devam edecek…(Rusların Antalya Sahillerinde daha fazla ‘Yazlık’ alabilmeleri için, fazlasıyla, yeterli bir süre…!)
Güneşin, ‘Güneş Rüzgarı’ adı altında püskürttüğü elektrik-yüklü parçacıklar içinde, Elektronların ve diğer çeşitli Atom Çekirdeklerinin yanında Protonlar da mevcut…Güneş Rüzgarı Dünya atmosferine çarptığında, manyetik alan çizgilerini birer kızak olarak kullanan Protonlar ve Elektronlar, Dünyanın Kutuplarına ulaşır…; atmosferdeki iyonize atomlar ve moleküllerle etkileşerek…Bu süreçte açığa çıkan ışımalar Kuzey/Güney Kutup Işıklarını (Aurora) oluşturur…
Güneş, zaman zaman, ‘Coronal Mass Ejection’ adı verilen kütle püskürmesi yapar…Bu madde püskürmeleri de Protonları yüksek enerji seviyelerine ulaştırır…Güneşten püskürülen bu yüksek enerjili parçacıkların hızı ışık hızına kadar yaklaşabilir…; Dünya yörüngesinde dolanan astronotlar ile, yükseklerde yolcu taşıyan Uçuş Ekibi İçin radyasyon riski yaratarak… (Bazı Pilotlarda, ‘Uçağa Yakıt Koymayı Unutma’ şeklinde kendini gösteren ‘unutkanlığın’ bir sebebinin bu ışınlardan etkilenme olduğu ileri sürüldü…!)
Fizikçiler, Protonları da içeren yüksek enerjili/hızlı Atom-altı Parçacıkların Güneş Sisteminin ötesinden de gelebildiğini söylemekte…Kozmik Işın (Cosmic Rays) adı verilen bu parçacıklar Uzaydaki Manyetik Alanlar tarafından hızlandırılır… Bu hızlandırıcılar içinde Aktif Galaktik Çekirdekler (Active Galactic Nuclei-AGN), Kara Delikler ve bazı görüşlere göre, Patlamış Süpernova Kalıntıları da yer alır… (Patlamış Süpernova Kalıntıları yaşam için ‘en gösterişli katiller’ olabilir…!)
Belki… ‘Uzaylıların Yorgun Mermileri (!)’…de bunlara eklenebilir…
Yararlanılan Kaynak:
HAVACILIK VE UZAY 
Yorum yazabilmek için oturum açmalısınız.