Ana sayfa Astronomi Evrenle söyleşiler 13: Bir nötronla söyleşi

Evrenle söyleşiler 13: Bir nötronla söyleşi

723
PAYLAŞ

Richard T. Hammond

Çeviren: Nalân Mahsereci

Tanıştığımıza memnun oldum.

 – Ben de öyle.

Söyleşiye katıldığınız için teşekkürler.

 – Rica ederim, ama sizi uyarmak zorundayım, sadece 15 dakikam var. Daha sonra benim için uzatmalar başlayacak, buradan bir an önce ayrılmam gerekecek.

Sonrası için ne planladığınızı sorabilir miyim?

 – Buradan ayrıldıktan sonra düzgün bir çekirdek arayacağım. Karbon hoş olabilir; söyleşi yaptığınız karbon atomu maceralarından keyifle söz ediyordu. Ya da oksijen ya da nitrojenin içinde olmak… O zaman gerçek bir gaz olurdum, çevrelerinde sıçrardım ve epey bir yolculuk yapardım. Hımm…

Ne düşündünüz?

 – Bir metalin daha hoş olabileceğini düşündüm; belki alüminyum ya da bakır.

Niçin bir metal?

 – Bilmiyorum, elektriği taşıyorlar; elektronların sürekli vızıldaya vızıldaya gitmelerini izlemek, çok eğlenceli olurdu. Diğerleri yorgun bir kaplumbağa gibi milim milim ilerlerken, benim rüzgârdan daha hızlı olduğum anlatılırdı. Üstüne, metal atomları kristal diziler biçimindedir. Bu size bir mekân duygusu verir; nereye ait olduğunuzu bilmek huzur getirir.

Ne demek istediğinizi anlıyorum…

 – Germanyum ilginç bir seçim olur.

Transistör ve katı durum çipleri yapmakta kullanmak için mi?

– Evet, renkli televizyon ya da cep telefonunda sonlanabilirim. Silikon da mümkün, bu bazı ilginç yerler içinde sonlanmak olacaktır.

Size kişisel bir şey sorabilir miyim?

– Elbette.

Sadece 15 dakika vaktiniz olduğunu söylediniz, sonra çekirdeğe katılmak istiyorsunuz. Bu ortalama ömrünüzü uzatacak mı?

 – Evet, serbestken genellikle üç aşağı beş yukarı 15 dakikam vardır, daha sonra bir el bombası gibi patlayarak parçalanırım.

Amanın… Çekirdek içindeyken daha mı dayanıklısınız?

 – Kesinlikle öyle.

Peki hangi atomu yeğlersiniz?

 – Bu zor bir karar, her birinin pozitif ve negatif yanları var. Benden önce söyleşi yaptığınız hidrojen atomu gibi bir atoma katılmak üstüne biraz düşündüm; fakat kuantum mekaniği üzerine bütün gün ders vermeye başlarsa, bilemiyorum, çıkışı olmayan bir ön sırada takılıp kalabilirim.

Hidrojenin yalnızca bir proton ve elektronu olduğunu düşünüyordum…

 – Evet ama ona katılırsam, beni ağırladığına memnun olmakla kalmaz; bu katılım döteryum atomuyla sonuçlanır. Sonra oksijenle ağır suyu oluşturmak için birleşebilir.

Neden ağır su, ağırlığı mı daha fazla?

 – Evet, yaklaşık yüzde 10 kadar daha fazla. Ama kimyasal olarak gene su gibi davranır.

Onu içebilir miyim?

 – Bir yudum içecekseniz, tamam; ama sizin yerinizde olsam, dengeli bir diyeti onunla sürdürmezdim.

Neden?

 – Kimyasal reaksiyonlar ağır su ile yavaş yürür; vücut kimyanız gerektiği gibi işlemeyecektir; bunun ne anlama geldiğini tahmin edersiniz.

Tabii.  Az zamanımız kaldığını fark ettim, başka bir soruya geçelim mi?

 – Lütfen.

Bazı şeylere şaşırıyorum, nötrino ile yaptığım söyleşiyi okuma fırsatı bulmuş muydunuz?

 – Göz atmıştım.

O zaman nötrinonun sizin elektron ve protona, artı nötrinoya bozunduğunuz yönündeki açıklamasını hatırlayacaksınız…

 – İşte bu konuşmaktan kaçındığım şey.

Ama doğru, değil mi?

 – Korkarım öyle.

Yani siz bir elektron, bir proton ve bir nötrinodan yapılmışsınız, öyle mi?

– Rutherford bu hattı düşündü, ama bu her zaman doğru değildir.

Peki, neden oluşuyorsunuz ve bu parçalar nereden geliyor?

 – Bir yukarı, iki aşağı olmak üzere üç kuarktan oluşuyorum.

Bir yukarı kuark ve iki aşağı kuark mı demek istediniz?

– Evet, yukarı kuark protonun 2/3 yüküne sahipken, aşağı kuark protonun 1/3 negatif yüküne sahiptir; bunları bir ve iki tane olarak birbirine eklediğinizde, sıfır elde edersiniz. Nötr olmamın nedeni budur.

İsimlerindeki yukarı ve aşağının özel bir anlamı var mı?

– Hayır.

Yani  bozunduğunuzda…

– Hiçbir zaman bozunma sözcüğünden hoşlanmadım, bana çürümeye başlamış bir yaşlı cesedini anımsatıyor. Ben söz konusuyken, her şey hızlı ve canlıdır.

Kusura bakmayın, ama parçalandığınızda, diğer parçacıklar nereden geliyor ve kuarklara ne oluyor?

 – Pekâlâ, E=mc2’yi biliyorsunuz…

Evet, nötrino bunu bize anlatmıştı…

 – Yanıt bu formülde. Parçacıklar oluşturulur ve yok edilir, aslında bu her zaman olur. Ben size, bir el bombası gibi patlayarak parçalanacağımı anlattığımda, bu kötü bir analoji olmuştu. Zamanım geldiğinde, bir noktada elektron ve nötrino ortaya çıkar. Doğa böyle işler.

Şiddeti akla getiriyor.

 – Doğa sizden daha şiddetli olabilir.

Yaaa…

 – Özür dilerim, bazen kendimi kısa çöpü çekmişim gibi hissediyorum. Acısını sizden çıkarmak istemedim. Belki sadece canım sıkılıyor.

Ne demek istediniz?

 – Nötr olmak. Elektronlar kısa mesafe koşucusundan balerine kadar her şey olabilir. Bir hafif elektrik alan, elektronları uçurarak Evren’deki bir manyetik alana doğru yollar; usta bir cerrahın eliyle, hızlarını etkilemeksizin yönlerini değiştirir. Protonlar, pozitif davranışlarının gücüyle, elektronları topluluk içinde tutar, enerjik döllerle geniş bir aile oluştururlar.

Doğru, ama çekirdekcik nötronsuz var olamaz…

– Evet ama, biz ailedense gece yatısına gelmiş konuk gibi hissederiz kendimizi. Proton sayısı hangi element olduğunu belirler; bizse tamamen konu dışıyız, sadece protonları birbirine yaklaşmaktan alıkoymak için oradayız.

Fakat nötr olmanın avantajları da var. Biliyorum ki,  nötronlar rutin olarak kullanılan araştırma maddesidir, yapısı kontrol edilir, vb. Yüklü parçacıklar, madde içine doğru sizin ayak izlerinizi takip edemeyeceklerdir, yollarından saptırılacaklar ya da hemen yakalanacaklardır.

 – Bu doğru.

Bu bana bir şey hatırlatıyor… Nötronları anlıyorum, ya da herhangi bir parçacığı, bir dalga gibi davranabiliyorlar ve…

 – Ben bir parçacığım, başka bir şey değil…

Pekâlâ, parçacıkların bazen dalga gibi davrandıklarını söyleyen dalga-parçacık ikiliği hakkında bir şeyler okumuştum…

– Cahilliği maskeleyen fantastik sözcükler.

Bunu farklı kitaplarda gördüm.

 – Dalga-parçacık ikiliği, çürük bir cesettir; cahilliğin karanlık günlerinde doğdu; bir mumya gibi, zerreleri hâlâ korunuyor.

Bunu biraz açıklayabilir misiniz?

 – Evet. 19. yüzyılın sonunda, elektromanyetizmayı dalga adlandırmasıyla anladınız. Örneğin, ışık dalgaları, radyo dalgaları gibi, öngördünüz ve gözlemlediniz.

Evet.

 – Dalgalar, parçacık özelliklerine sahiptir. Örneğin, bulaşık yıkar mısınız?

Alışkanlığım değildir, ama yıkarım.

 – Sabun köpüklerinin, farklı renkleri yansıttığını görmüşsünüzdür. Renklerin kökeni, girişim dediğiniz olaydan gelir; ki girişim, sizin modelinizde dalga benzeri doğadan ortaya çıkar.

Evet, belirli dalga boyları için dalgalar birbirine eklenir, böylece renkleri görürsünüz; fakat diğer dalga boyları için bazı dalgalar yok edilir.

– Bu doğru, aynı açıklama otoparklarda yerlerde gördüğünüz yağ lekelerini de kapsar, bazı kuş tüyleri içindeki renkleri de. Bütün renkleri içeren beyaz ışıkla başladınız; fakat köpüğün bir bölümünün içindeki girişim, dalga boylarının birbirine eklenmesini olanaklı kılar, kırmızı renk oluşur; fakat diğer renkler için kimi dalgalar birbirini yok eder. Biraz daha yüksekte, köpüğün daha ince olduğu yerde, mavi dalga boyu birbirine eklenir, diğer renkler için öteki dalgalar birbirini yok eder ve bu böyle sürüp gider. Dalgaların eklendiği yere maksimum, dalgaların birbirini yok ettiği yere minimum deriz.

Anlıyorum.

 – 1927’ye dönersek, bu problem Davisson ve Germer ile başladı. Elektron ışınlarını nikel kristalinin içine ateşlediler ve ışığın yansımasına baktılar.

Bir sürpriz var mıydı?

 – Vardı demek zorundayım! Tek bir yansıyan ışın bulmak yerine, farklı açılarda yansıyan çeşitli ışınlar buldular. İşin özü, maksimumları ve minimumları gördüler. Konuya dönersek, sonuçlar sadece elektronların dalga olduğunu ve maksimum ile minimumun da girişimin sonucu olduğunu varsaymakla açıklanabilirdi. Bu nedenle, elektronların dalga gibi davranması gerektiği sonucuna ulaştılar.

Yani, onlar dalgadır.

 – Hayır, onlar parçacıktır. Ama o zamana geri dönersek, hâlâ klasik mekaniğin ve dalga teorisinin kavramlarıyla düşünüyorlardı. Çözüm kuantum mekaniğinde yatıyor. 1926’da Schrödinger,  şimdilerde Schrödinger denklemi denilen, kuantum mekaniğinin teorik temelini çok iyi ortaya koyan denklemi yayımladı. Hidrojen atomunun açıkladığı, öbekli (kuantize) enerji seviyeleri hakkındaki bilgiler, Schrödinger denkleminden gelmektedir.

Fakat bu denklemin yayımlanmasının tarihi, Davisson ve Germer’den bir yıl öncesi.

 – Evet, ama insanların Schrödinger denkleminin gerçekten ne anlattığını anlamaları biraz zaman aldı. Önceleri Schrödinger’in kendisi bile bazı yanlış kavrayışlara sahipti.

Schrödinger denkleminin Davisson ve Germer’in sonuçlarını açıklayabildiğini mi söylüyorsunuz?

 – Evet ve elektronlar parçacık olarak görüldüler, dalga değil.

Fakat dalga gibi davranıyorlar?..

 – Parçacık gibi davranıyorlar. Parçacıklar, kuantum mekaniğine uyarlar, klasik mekaniğe değil. Hidrojenin söylediklerini hatırlayın, olayları kesin olarak öngöremezsiniz. Yansımış elektronların kesin yönünü tam olarak belirleyemezsiniz, sadece o ya da bu yönde gitme olasılıklarını öngörebilirsiniz. Schrödinger denklemini kullandığınızda, yansıma açısını öngörebilirsiniz, bu size belirli açıların diğerlerinden daha olası olduğunu söyler.

Maksimumunu ve minimumunu almaya mı benziyor?

 – Evet, fakat Schrödinger denklemi tarafından öngörülüyorlar ve denklemde, elektronların parçacık olduğu varsayılıyor.

Yani parçacık-dalga ikiliği yok mu?

 – Doğada yok. Gerçi, bazı kitaplarınızda varlığını sürdürüyor.

Bu bilgi, parçacık gruplarının dalga gibi davrandığını söylemekle yan yana gelebilir mi?

 – Evet, bir araya gelebilir, doğru noktaya parmak bastınız.

Bize örnek verebilecek misiniz?

 – Pekâlâ, ışık iyi bir örnektir. Işık, foton denilen parçacıklardan oluşur. Bununla birlikte, loş ışık bile, çok sayıda fotondan oluşur. Fotonlar hep birlikteyken dalga gibi davranırlar.

Anlıyorum.

 – Bir şey söyleyeceğim, size biraz önce kabalık yaptıysam kusura bakmayın…

“Cahil olmak” ve “çürümüş ceset” şeklindeki ifadelerinizi mi kastediyorsunuz?

 – Evet, bazen bilmediğiniz şeyi örtmek yönünde bir eğiliminiz oluyor. Çözülmemiş problemler ve gizemler, bilimin yakıtıdır. Bunları gizlemeyin, bunların keyfini sürün.

Örneğin?

 – Örneğin, baryon sayısının korunumu.

Nedir bu?

 – Baryonlar, güçlü nükleer kuvvetleri hisseden parçacıklardır; örneğin, ben, protonlar ve kuarklar baryonuzdur; ama elektron ve nötrinolar baryon değildir.

Evet, anlıyorum.

 – Pekâlâ sizin kelimelerinizi kullanırsam, parçacıklar daha küçük kütleli (hafif)  parçacıklara bozunur.

Evet.

 – Öyleyse, örneğin ben niye bir nötrinoya ve belki bir çift fotona bozunamıyorum ya da üç nötrinoya, vb.

Fakat bu olaylar olmuyor, değil mi?

 – Olmuyor.

Neden?

 – İlkönce kimse bilmiyordu. Sizin fark ettiğiniz gibi, ben bir baryonum; sözünü ettiğim diğer parçacıklardan değilim. Yani, bana baryon sayısı olarak 1, diğer parçacıklara baryon numarası olarak 0 verdiniz; bu onların baryon olmadıklarını söylemenin süslü bir yoluydu. Sonra, baryon sayısının herhangi bir bozunma olmadan korunması gerektiğini söylediniz.

Yani üç nötrinoya bozunamıyorsunuz, çünkü bu baryon sayısının korunumunu çiğnemek  olur.

 – Evet, söylediğiniz doğrudur.

 – Anlıyorum.

 – Anlıyor musunuz? Bozunmanın neden gerçekleşmeyeceği hakkında hiçbir fikriniz yok; ama baryon numarası korunumu diyerek hikmetli bir ifade ürettiğinize göre, bir şeyleri anlamışsınız gibi görünüyor.

Şimdi anlıyorum, ama nesneleri tanımlamak ve sınıflandırmak yararlı bir yoldur. Biz aynı zamanda, örneğin yükün korunumu ifadesini, elektronun neden fotona bozunmadığını tanımlamak için kullanırız..

– İyi bir nokta, ama yükün korunumunun teorik bir temeli olduğu kadar, gözlemsel bir temeli de vardır.  Bu elektrik ve manyetizmanın temel denkleminden türemiştir. Kusura bakmayın, biraz gerginim. Bir an evvel bir çekirdekçiğe yerleşmeye gayret etmeliyim, günlerim sayılı.

Anlıyorum, durduğunuz için teşekkürler.