Mikro Evren ve Nano Boyutlar

Mikro evren ve nano boyutların sırları

Mikro evren diye bahsedilen evren ne kadar küçük? Nano boyutları nasıl gözlemleyebiliriz?

İnsanoğlu olarak gündelik yaşantımızda binlerce farklı şey görüyoruz. Yeri gelince kendimizce çok büyük ve çok küçük şeyler görüyoruz. Küçüklük ve büyüklüğün göreceli kavramlar olduğunu anlarsınız zaten burada. Örneğin insanlar karıncalara göre çok büyüktür fakat bir uçağa göre küçüğüz. Gezegenleri düşünürsek çok çok küçüğüz, bir nokta bile değiliz onlara göre. Peki gelin bu büyüklük küçüklük kavramını mikro evrene göre yorumlayalım.

Mikro Evren nedir?

Mikro kelime anlamı olarak "küçük" demektir. Mikro evreni makro evrenin zıttı olarak düşünebiliriz. Gözle göremediğimiz maddelerin oluşturduğu evrene mikro evren diyoruz.

Maddenin Yapıtaşı: Atom

Bir maddenin en küçük yapıtaşına atom denir. Atom Yunanca "bölünemez" anlamlarına gelen bir kelimeden türemiştir. İlk Antik Yunan'da Democritos tarafından ortaya atılan atomun bölünmez olduğu düşünülürdü. Ancak daha sonradan atomun parçalanmasıyla bu tez yıkıldı. Çoğumuzun bildiği elektron, nötron, protonun yanı sıra onlarca alt parçacıktan oluşur. Atomun tarihsel yolculuğunu inceleyeceğiz ileride.

Çevremizde gördüğümüz her şey atomlardan oluşur. En küçük bir maddede bile milyarlarca, trilyonlarca atom bulunmaktadır. Örneğin insana göre çok küçük olarak nitelendirdiğimiz hatta bazen elimize almakta bile zorlandığımız toplu iğnenin ucunda bile yaklaşık 4 trilyon atom bulunmaktadır. Bu yaklaşık 4.000.000.000.000 şöyle bir sayıya denk geliyor. Üstelik bu sadece toplu iğnenin ucu.

İlginizi çekebilir: Fotonların momentumu var mıdır?

Modern Atom Modeli

Peki atomun boyutları ne kadardır? 

Atomun aslında çok büyük bir kısmı boşluktan oluşur. Yani bu oran yaklaşık %99 civarlarına ulaşabilmektedir. Hatta daha da somutlaştırmak gerekirse atomun çekirdeğini bir misket kadar düşünürsek atomun boyutu bir futbol sahası kadar olur. 

Atomun tamamımın çapı yaklaşık 10 üssü -8 yani 1/100000000 cm'dir. Ama dediğimiz gibi bunun büyük çoğunluğu elektron bulutu dediğimiz boşluk yerleridir. Elektron bulutu denmesinin sebebi ise elektron yerlerinin tam olarak bilenememesidir. Bunu Heisenberg Belirsizlik İlkesi ile açıklamıştık zaten. Elektron bulutu dediğimiz yerler orbitallerin bulunduğu yani elektronların bulunma ihtimali olan yerlerdir. 

Atomun çekirdeğinin yani proton ve nötronun bulunduğu yerin çapı ise yaklaşık 10 üssü -13 yani 1/10000000000000 cm'dir. 

En küçüğünde küçüğü: Atom Altı Parçacıklar

Kaynak: Wikipedia

Kuarklar

Kuarklar şimdiki bilgilere göre temel parçacıklardandır. Yani, kendilerini oluşturan başka parçacıklardan oluşmamışlardır. Kuarklarda spin ½ ve elektrik yükleri 2/3 veya -1/3 olan parçacıklardır. Şimdilik bilinen 6 Kuark vardır. Kuarkların karşı parçacıklarına antikuark denir. Kuarklar ve antikuarklar doğadaki dört temel kuvvet ile etkileşime giren tek parçacıklardır: Kütleçekimi, elektromanyetizma, zayıf (nükleer) kuvvet ve güçlü (nükleer) kuvvet.

Leptonlar

Leptonlar içinde Elektron’lar vardır. Elektron şimdilik başka parçacıklardan oluşmamış olarak kabul edilmektedir.Leptonların spin ½ ve elektrik yükleri -1 veya 0 dır. Yunanca lepton hafif parçacık anlamına gelmektedir.

Çekirdek

Tıpkı insan hücrelerinde olduğu gibi atomların da çekirdeği bulunmaktadır. Atomun çekirdeği nötron ve protonlardan oluşmaktadır. Nötron ve protonlar kararlı parçacıklardır. Çekirdek iki farklı atomaltı parçacık bulundurmaktadır: Baryonlar ve Mezonlar.

Baryonlar, ağır parçacık; Mezonlar, orta ağır parçacık diye geçmektedir. Baryonlar ve mezonlara birlikte Hadron denilmektedir.

Kuark kuramına göre Baryonlar 3 kuarktan, Mezonlar ise bir kuark ve bir antikuarktan oluşmuşlardır.

Nötrino Dedektörü

Nötrinolar

Nötrinolar, Leptonların alt parçacığıdır. Yüksüz (nötr) ve sıfır veya çok küçük kütleye sahiptirler. Bu yüzden diğer parçacıklarla neredeyse hiç etkileşmezler. Birçok nötrino, bir kere bile etkileşmeden yeryüzünün içinden geçerler.

Nötrinolar değişik bozunma ve etkileşmeler ile üretilir. Örneğin, bir nötron, bir proton, bir elektron ve bir anti-nötrinoya bozunur. Aslında, fizikçiler nötrinoların, radyoaktif bozunmaların dikkatli gözlemleri sonucu var olduklarını varsaymışlardır.

Örneğin, bir nötron, bir elektron ve bir protona bozunduğunda, elektron ve protonun momentumları toplamı başlangıçtaki nötronunkine eşit değildir. Bu yüzden, kayıp momentuma karşı gelecek başka bir parçacık olmalıdır : yani, nötrino.

Nötrinolar çok sayıda üretildiklerinden ve maddeyle çok nadir etkileşmeye girdiklerinden, Evrende çok büyük miktarda bulunurlar. Eğer kütleleri varsa, evrenin toplam kütlesinin çoğuna katkıda bulunacak ve genişlemesini etkileyeceklerdir.

Atom altı parçacıklar spin yönlerine göre de sınıflandırılıyor aslında fakat şimdilik ona girmeyeceğiz. İsterseniz yukarıdaki tablodan inceleyebilirsiniz.

Atom altı evren nasıl gözlemlenir?

Tabii ki çoğumuzun bildiği gibi mikroskop sayesinde mikro evreni gözlemleme imkanı buluyoruz. Onlarca farklı boyutta, farklı türlerde, farklı amaçlarda kullanılan mikroskop bulunmaktadır. Fakat elbette ki mikroskobun da en güçlüsü bulunmakta.

JEM-ARM200F

Dünyanın en güçlü mikroskobu Amerika'daki Teksas Üniversitesi'nde bulunmaktadır.

Bu, modelinin ismi JEM-ARM200F olan bir elektron mikroskobudur. Görüntüyü 20 milyon kez büyütebildiği için dünyanın en güçlü mikroskobu olduğu söylenmektedir. 

Hassas yapısının zarar görmemesi ve titreşimler yüzünden bozulmaması için özel tasarım bir laboratuvarda bulunan bu mikroskop, dünyanın tüm bilim insanlarının kullanımına açıktır ve yedi gün yirmi dört saat kullanılabilmektedir.

Yardımcı Kaynak: 

https://tr.wikipedia.org/wiki/Atomalt%C4%B1_par%C3%A7ac%C4%B1k#Leptonlar_ve_kuarklar