Demokritus’tan Zweig’e, MÖ 440’dan günümüze atomun serüveni

Tarih öncesinden bu yana insanlar maddenin esasını çözümlemeye uğraştılar. “Maddeyi parçalasak bu iş sonsuza dek sürer mi?” sorusu insanoğlunun kafasını hep meşgul etti. Önceleri evrenin ateş, su, toprak ve havadan oluştuğuna inandılar. 2400 yıl önce Anadolu’nun bilim merkezi Milet’te doğan ve Güney Trakya’da Abdera şehrinde çalışmalarını sürdüren Leucippus ve öğrencisi Demokritus bu dört elemanın daha küçük birimlere bölünebileceğini ileri sürdüler ve bu birimlere “Atomos” adını verdiler (MÖ 440). MÖ 1. yüzyılda Lucretius (MÖ 94-49) “Doğanın Niteliği” adlı eserinde atomlardan “görünmedikleri halde varlıklarını kabul etmek zorunda olduğumuz nesneler” olarak söz ediyordu. Daha sonraları maddenin bölünemeyen bu en küçük parçasına “Atom” denildi. Demokritus atom için “maddenin temel taşı” der ve maddenin cinsi ile özelliklerine göre değişik atom olacağını ileri sürer. Daha da ileri giderek, canlıların küçük yuvarlak atomlardan, ruhun ise hava ve ısı atomlarından oluştuğunu söyler. Fakat sonsuz derecede çeşitli maddeyi atomların nasıl yarattığı yüzyıllarca açıklanamadı. Demokritus’un ortaya attığı bu düşünceler John Dalton’a kadar çok az değişikliğe uğradı. Atom ile ilgili zorluklar ve bilinmezlikler 1925’te Kuvantum Teorisi’nin doğuşuyla ortadan kalktı. Ervin Schrödinger ve Werner Heisenberg’in ortaya attığı bu teoriye “Modern Atom Teorisi” denir.
1582’de İtalyan Bilgini Giordeno Bruno “doğada bulunan her şeyin bölünümü, bölünemeyen bir parça ile son bulur.” demekte, Pierre Gassendi (1592-1655) ise, “atomlar yeniden yaratılamazlar ve yok edilemezler, katı ve ağırlığı olan belli büyüklükte çok küçük parçacıklardır.” diye tarif etmektedir. Sonraki yıllarda Robert Boyle (1627-1691) corpuscular (parçacık), Isaac Newton (1642-1727) primitive particles (ilk parçacıklar) deyimini kullanan bilim adamlarıdır. Dalton’un ünlü atom teorisi (1805) ise Gay-Lussac ve Avogadro’nun buluşlarına büyük destek olmuştur. Ülkemizde ise; 1840’larda harp okuluna öğretmen yetiştirmek için Avrupa’ya gönderilen öğrenciler içinde yer alan Derviş Paşa (1817-1879), Usûl-i Kimya (Kimyanın Elemanları, 1847) adlı eserinde Dalton’un atom teorisinden söz eder.
Dalton’un atom teorisindeki öneriler zamanındaki bilgi ve deney sonuçlarına uymaktaydı. Fakat geçen 200 yıl boyunca teknolojideki yenilikler, matematiğin gelişimi ve yeni olgular Dalton’un atom teorisindeki pek çok bilgiyi geçersiz ya da yetersiz kıldı. Atomda elektron olduğu ise 1897’de İngiliz Bilgini J. J. Thomson tarafından katot ışınları deneyi ile keşfedildi. 1911’deki Rutherford deneyi, atom çekirdeğinin 10-15 m mertebesinde ve pozitif parçacıklardan oluştuğunu gösterdi. Bu parçacıklara “proton” adı verildi. 1932’de İngiliz Chadwick nötronu keşfetti. Böylece Dalton atomunun en küçük parça olmadığı, içinde elektron, proton ve nötron olduğu 1932 yılına dek bulunmuş oldu.
1938’de Uranyum(238)’un parçalanmasıyla atomun parçalanabildiği anlaşıldı. Atomun elektron, proton ve nötrondan oluştuğu ortaya çıktıktan sonra insanoğlu “acaba bu atom-altı parçacıklar da bölünebilir mi?” sorusu üzerinde düşünmeye ve araştırmaya başladı. 1950’lerden sonra parçacık hızlandırıcıların gelişmesiyle elementer parçacıklar ard arda keşfedilmeye başlandı. Kuarklar, leptonlar ve bosonlar standart modeli oluşturmaktadır.
İngiliz Peter Higgs 1960’lardaki çalışmasında “Higgs boson” adını verdiği bir elementer tenecikten bahsetmiştir. Bu parçacık bugün için bir teorik fizikçinin henüz gözlenmemiş bir ürünü olsa da, CERN’de yüzyılın deneyinde değişik uluslara mensup çok sayıda ünlü fizikçiyi peşinden koşturmakta ve kendisine “tanrı parçacığı” denmektedir.
Bugün 200’den fazla atom-altı parçacık bilinmektedir. Başlangıçta fizikçiler kütlelerine göre onları “Mezonlar” ve “Baryonlar” diye iki gruba ayırdılar. Mezonlar ve Baryonlar birlikte “Hadronlar” olarak adlandırılırlar.
Gell-Mann ve George Zweig’in ortaya attıkları yeni bakış açısına göre baryonlar üçer kuark, mezonlar ise bir kuark ve antikuark çiftinden meydana geliyordu. Diğer parçacıklar gibi, kuarkların da kütleleri ve spinleri olmasına rağmen, bunlardan farklı olarak kesirli elektrik yükleri taşıyorlardı. Gell-Mann ve Zweig’in temel teorisi, hadronları oluşturan kuarkların atomun son yapı taşları olduğu yönündeydi. Zamanla kuark teorisi güç kazanmaya devam etti ve atom-altı yapı daha anlaşılır hale gelmeye başladı. 1974’de charm (cazibeli), 1976’da bottom (alt) ve 1995’de top (üst) kuarkları bu listeye eklendi. Bu kuarkların her biri kendisinin bir “anti”sine sahipti ve böylece 12 kuark ortaya çıktı.
Teknoloji akıl almaz bir hızla gelişiyor; kuantum bilgisayarlar, CERN’den daha büyük parçacık hızlandırıcı tesisler, teorik fizik, teorik matematik ve diğer disiplinlerdeki gelişmeler devam ediyor, edecek. Öyle görünüyor ki, bugünün bölünmeyen kuarkları da Demokritus’un atomu gibi bir zaman gelecek bölünüverecek…