Bugün biliyoruz ki evren bir tür hayalet parçacıklarla dolu. Kütleleri yok denilecek kadar küçük ve elektrik yükü olmayan bu parçacıkları bulmak bilim insanları için çok kolay olmadı.
1895 yılında Fransız bilim insanı Henri Becquerel uranyum filizlerinin kendiliğinden ışınım yaydığını farkettiğinde parçacıklar evrenine giden kapıyı araladığının farkında değildi.
Bilim insanları kendiliğinden ışın salan başka elementler bulmanın peşine düştüler ve bulmaları da uzun sürmedi. Ve gördüler ki bu elementler üç farklı türde ışınlar yayıyorlar: İkisi parçacık yapılı, ancak kütleleri ve elektrik yükleri farklı; üçüncüsü ise kütlesiz ve yüksüz olup manyetik alanda sapmayan türdendi.
Şimdi onları biliyoruz: Onlar sırasıyla alfa, beta ve gama ışınları.
Ardından pozitif yüklü bir çekirdek etrafında negatif yüklü elektronlardan oluşan ilk atom modeli şekillendi, yıl 1911.
1920'de Rutherford, hidrojen atomu çekirdeğinin en hafif çekirdek olduğunu anladı ve ona proton adını verdi. Rutherford yanılmamıştı, gerçekten proton atom çekirdeğinin temel parçacığıydı ve ikinci parçacık nötron ise o tarihte henüz bilinmiyordu. O, daha sonra 1932 yılında İngiliz fizikçi Chadwick tarafından keşfedilecekti.
Böylece 1930′lu yılların başına gelindiğinde temel parçacıklardan sadece foton, elektron ve atom çekirdeğinin yapıtaşı olarak proton biliniyordu.
Ve bir de atom çekirdeğinden salınan alfa, beta ve gama ışınları.
Beta bozunum kuramı
Ancak bilim insanları beta olarak adlandırılan ışınların aslında elektronlar olduğunu anlamada gecikmediler, alfalar da protonlardan oluşmaktaydı.
Nasıl oluyor da pozitif yüklü atom çekirdeği, negatif yüke sahip elektron ışıması yapıyordu?
Dahası, beta salınımı sonrası çekirdek kimlik değiştiriyor ve enerji de korunmuyordu. Oysa enerji korunumu fiziğin en temel ilkesiydi.
İtalya'da Enrico Fermi, Almanya'da Lise Maitner ve Wolfgang Pauli gibi bilim insanları bu sorunun çözümüne odaklandılar.
Pauli, enerjinin korunumunun sağlanması için yüksüz ve kütlesiz, görünür olmayan bir parçacığın çekirdek ışıması ile eş zamanlı olarak çekirdekten salınıyor olması gerektiğini ileri sürdü.
4 Aralık 1930 tarihinde diğer araştırmacılara şunları yazacaktı: "Enerji korunumunun sağlanabilmesi için protonun kütlesinin yüzde 1'inden çok daha küçük kütleli, yüksüz ve gözlemlenmesi çok zor bir parçacığın çekirdekten salınıyor olması gerekir. Pauli"
Pauli'nin bu öngörüsü İtalyan fizikçi Enrico Fermi tarafından destek gördü. Fermi bu parçacığı İtalyanca minik nötron anlamına gelen "nötrino" olarak isimlendirdi. Çünkü söz konusu parçacık çok minikti, ayrıca yüksüz ve kütlesizdi.
Bu sırada atom çekirdeğini oluşturan, proton dışındaki diğer yüksüz parçacık keşfedildi, ona nötron denildi, yıl 1932. Ve böylece pozitif yüklü protonlar ve yüksüz nötronlardan oluşan bir atom çekirdeği modeli ortaya çıktı.
Enerji korunmuştu ve problem çözülmüş görünmekteydi, ancak çekirdeğin beta ışıması yapması hala anlaşılır değildi.
1934 yılında Fermi, Pauli'nin öngörüsünü daha ileri taşıyarak "Beta bozunumu kuramı"nı öne sürdü. Bu kuramla doğanın dört temel kuvvetinden biri olan zayıf etkileşimli nükleer kuvvet tanımlanıyordu.
Bu kurama göre, atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronlar birbirine dönüşebilmekte ve bu dönüşüm esnasında çekirdek beta ışıması yapmaktadır. Beta ışıması ile eş zamanlı bir nötrino parçacığı salınımı da enerji korunumunu sağlamaktadır. Burada egemen güç nükleer zayıf etkileşimli kuvvet, yani doğanın dördüncü kuvveti.
Kuramsal olan bu öngörü, ancak 20 yıl sonra kanıtlanacaktır.
1956 yılında. Clyde L. Cowan ve Frederic Reines, nötrinoların varlığını deneysel olarak kanıtlarlar ve bu keşif 40 yıl sonra, 1995’te onlara Nobel Ödülü getirir.
Nötrinoların deneysel olarak kanıtlandığında Fermi artık hayatta değildir. Pauli haberi aldığında "Her şey onu nasıl bekleyeceğini bilene gelir. Pauli." notuyla sevincini dile getirir.
Bundan iki yıl sonra da hayatını kaybedecektir.
Hayalet parçacık "Nötrino"
Nötrino bir atomaltı parçacık. Şimdi biliyoruz ki evren bu parçacıklarla dolu.
Işık hızına yakın bir hıza sahip, elektriksel yükü sıfır, kütlesi ise çok çok küçük, neredeyse sıfıra yakın bir temel parçacık olarak tanımlanıyor. Bu özellikleri, yani yüksüz, çok küçük kütleli ve ışık hızına yakın hızda oluşları nedeniyle etkileşime girmeden madde içinden geçebiliyorlar.
Bu parçacıkların kaynağı temel olarak yıldızlar. Füzyon olarak bilinen çekirdek birleşmeleri sırasında oluşuyorlar ve diğer parçacıklarla etkileşmeye geçmeden kolayca yüzeye çıkıyor ve tüm evreni dolduruyorlar.
Yıldızımız Güneş de bir nötrino kaynağı. Dünya üzerinde metrekare başına neredeyse 1 trilyon nötrino düştüğü öngörülüyor. Bunlar yalnızca Güneş kaynaklı olanlar, başka yıldızlardan gelenleri saymıyoruz.
Son olarak 2015 yılında Takaaki Kajita ve Arthur B. McDonald adlı iki bilim insanı nötrinoların salınımları ile kimlik değiştirdiklerini, dolayısıyla bir kütleye sahip olduklarını gösteren çalışmaları ile Nobel Ödülü'ne layık görüldüler. Oysa biz, öğrenciliğimizde onları yüksüz ve kütlesiz parçacıklar olarak öğrenmiştik.
Evrende bu kadar yoğun miktarda bulunan bir parçacığın anlaşılması, hem maddenin derinliklerini ve hem de evreni anlamamız açısından oldukça önemli. Bilim insanları bu gizemli parçacığın bizlere uzak yıldızlar ve kendi yıldızımız Güneş hakkında önemli bilgiler verebileceğini söylüyorlar.
Her saniye milyarlarcası, hatta trilyonlarcası vücudumuzdan geçip gidiyor ve bizler farkında bile değiliz.
Ama onların bizlere söyleyeceği çok şey olabilir!
Kaynakça
