Protondaki Basınç Dağılımı Hesaplandı

Çekirdek ve de parçacık fiziği alanında çok önemli bir çalışma yapıldı. Atom çekirdeğini oluşturan parçacıklardan protondaki basınç dağılımı hesaplandı. Bu çalışma proton içindeki dinamikleri ortaya koyacağı gibi aynı zamanda genel anlamda temel parçacık dışındaki parçacıkların (hadronların) iç yapısındaki fiziğin de anlaşılmasını sağlayacak.

Evrendeki en yüksek basınçlı cisim nötron yıldızıdır. Nötron yıldızları adından da anlaşılacağı üzere çoğunlukla nötronlardan oluşur. Nötron kararsız bir parçacık olduğundan kolaylıkla parçalanıp proton ve elektrona dönüşebilir. Nötron yıldızlarındaki yüksek basınç bu olayı engeller. Bunun ne kadar olduğunu mu merak ettiniz? Şu anda havanın bize uyguladığı basıncın 10³⁰ katı. Anladınız mı? (Anladıysanız bana da anlatabilir misiniz?)

Proton içindeki basıncın ise nötron yıldızına oranla 10 kat fazla olduğu hesaplandı. (Bu çok ama çoooook yüksek bir basınç.)

Protonun basıncı gelişmiş bilgisayarlarımız yardımıyla belirlenen modelle hesaplandı. Burada çok yüksek düzeyde anlaşılmaz bir fizik ve matematikten ve bu nedenle de binlerce fizikçinin belki de yüzlerce yıl süreceği bir hesaplamadan bahsediyoruz. İşte bu hesabı yine yüksek anlaşılmaz fizik ve matematiğin son ürünü süper güçlü bilgisayarlar yaptı. Üstelik bu hesap 18 ay sürdü. (Fizik ve matematik sizce gerçekten gereksiz mi? Başkaları öyle düşünmüyor ama!)

Bu hesaplama ne işe yarayacak ki, diyebilirsiniz. Öncelikle fizikçilerin protondaki dinamik sorusuna çözüm getireceğini söyleyebiliriz. Yani fizikçilerin merakını giderecek. Diğer yanıt ise, proton içindeki kuarkların arasındaki kuvvetten sorumlu olan gluonların yapısını ortaya çıkaracak.

Gözünüzü bir şeyler tırmaladı değil mi? Kuark, gluon… Bu terimleri açıklayabilmek için önce işe biraz geriden başlamak gerekir.

Atom nedir? Çekirdek ve onu kuşatan elektron bulutundan oluşan yapıdır desem anlaşılır olurum herhalde. Çevremizdeki her şey, masa, kitap, bardak, kalem, domates, su ve hatta kedi, kuş ve hatta biz; özetle canlı ve cansız her şey atomdan oluşmuştur. Evrendeki en basit atom bir proton ve bir elektrondan oluşan hidrojen atomudur. Periyodik cetvelde tüm atomlar belli bir düzende sıralanır.

Bir atom, çekirdeğine göre ortalama 10.000 kat daha geniştir. Çekirdeği 1 cm çapındaki bilyeye benzetirsek onu saran elektronlarıyla atom 10.000 cm yani 100 m çapındaki çok büyük bir helyum balonuna benzer. Ancak atomun kendisi o denli küçüktür ki bu muazzam genişlik farkını algılamamız mümkün değildir. Bir iğnenin ucunda yaklaşık 2 trilyon demir atomu bulunduğunu söylersem ne kadar küçük boyuttan bahsettiğim anlaşılır sanırım. (Anladığınız değil mi? “Anladım” diyen varsa bu paragrafı bir daha okusun. Bu rakamları fizikçiler bile anlayamıyor da….)

Neyse efendim. İşimiz çekirdeğin içiyle. Çekirdekte pozitif yüklü proton ve yüksüz durumdaki nötron parçacıkları yer alır. Protonların birbirini iterek çekirdeği dağıtmamasını nötronlar engeller. Varlık sebepleri bu. (Ama bu ayrı bir konu).

Proton ve nötronlar kuark denilen temel parçacıklardan oluşur. Çeşitlerine girmeden söylersek, protonda ve nötronda üçer tane kuark bulunur.

Şimdi kısa bir toparlama yapalım: Biz atomlardan oluşuyoruz. Atom elektron ve çekirdekten. Elektron bir şeyden oluşmaz, temel parçacıktır. Çekirdek proton ve nötrondan oluşur. Proton ve nötronlar ise kuarklardan. Oh be….

İşte bu çekirdeğin içi çok sorunlu. Proton ve nötronları bir arada tutan muazzam kuvveti hadi anladık desek de (fizikçiler öyle diyor, ben değil!), proton ve nötrondaki kuarklar arasında yapıştırıcı kuvveti sağlayan gluonların yapısı ne acaba?

Gluonlar, kuarkları birbirine tutturan bir nevi yapıştırıcı. Yani ara kuvvet taşıyıcıları. Ancak bu kadar. Haklarında çok bir şey bilinmiyor.

Bu çalışma gluonların yapılarına çözüm önerebilecek. Böylece çekirdeği ve burada parçacıkları ve onların iç dinamikleri anlaşılabilecek.

Eeee bu ne işe yarayacak diyenler olabilir. Şöyle söyleyeyim. 1906 yılında Nobel Ödülü J.J. Thomson’a elektronu keşfi nedeniyle verildi. Thomson keşfinin sonuçlarını yani teknolojideki uygulamalarını göremeden öldü. Günümüzde ellerimizde, karşımızda, evlerimizde, sokakta yani her yerde kullandığımız elektronik ürünler için Thomson’a çok şey borçluyuz.

Kısaca bilim insanları çalışmalarını “bu ne işe yarayacak” diye yapmazlar. Sadece merak ederler ve bu meraklarını gidermek için çırpınırlar. Bazen mevcut teknolojiyi bazen de bunu biraz yükselterek ve çoğu zamanda mühendisleri zorlayıp bu çalışmada görüldüğü gibi yeni yöntem ve teknoloji üreterek gerçekleştirirler. 10 sene önce kullandığımız cep telefonları nasıl oldu da bu kadar evrimleşti acaba? Bunda sadece mühendislerin mi parmağı mı var?

Uzun bir yazı oldu farkındayım. Ama anlaşılır olduysam ne mutlu. Bu haber fizikte önemli gelişmelerin devam ettiğini ve gelecekte çok farklı teknolojiyle yaşayacağımızı gösteriyor.

Meraklısına haberin ayrıntısı: MIT sayfasında.

Not: Bilgilendirme için değerli hocam Prof. Dr. Ahmet Hakan Yılmaz’a teşekkür ederim.