Yazılar

,

Sokratik Yöntem: Karşıt Madde

“Doğru bir önermenin tersi yanlış bir

önermedir ama derin bir gerçekliğin tersi

bir başka derin gerçeklik de olabilir.”

Niels Bohr

 

Hatice: Bugün karşıt maddeden bahsedelim biraz. Evrende madde olduğu gibi az da olsa -ki bu oran %0,001’den az- karşıt madde de vardır. Hatta en başa saralım. Evren bir atoma sıkışmış enerji halinden patladığında her tarafa parçacıklar ve onların zıt parçacıkları saçılmıştı.

Hale: Peki bahsettiğimiz bu antimadde(karşıt madde) nerede?

Hatice: Evren soğuyup genişlemeye başlayınca hem karşıt madde hem de madde eşit oranda oluştu. Karşıtıyla birleşen parçacıklar yok olur, bu tepkimelerin sonunda geriye az da olsa madde kaldı. O madde içinde olduğumuz evreni oluşturdu. Bunun yanında ondan çok daha az olarak karşıt madde evrende bulunuyor. Aslında bugün evrenin neden maddeyle kaplı olduğunu bilim insanları hala araştırıyor. Yaygın görüş, başlangıçta maddenin daha fazla olduğu.

Madde ve karşıt maddeyi simgeleyen iki insan tokalaşıyor.

Hale: Parçacık kısmını biraz daha açalım. Biliyoruz ki atomlar en sade hâliyle kuarklar ve leptonlardan oluşur. Bu parçacıkların her birinin ve temel parçacık olmayan baryon(3 kuarktan oluşur) ve mezonların(bir kuark ve farklı bir karşıt kuarktan oluşur)  da karşıt parçacıkları vardır.

Hatice: Ama mezonlarda yüksüz pionun karşıt parçacığı yok.

Hale: Peki, karşıt parçacık tam olarak nedir?

Hatice: Bir parçacığın karşıtı; kütle ve yük miktarı bakımından eşiti, yük işareti ve kuantum spini olarak zıttıdır. Aynadaki görüntüsü gibidir. Yukarıda da kısaca değindiğim gibi parçacık ve karşıt parçacığı birbirini yok eder. Einstein’ın ünlü denklemine göre kütleleri  enerjiye dönüşür. Bunun tersi de gerçekleştirilebilir. Çift oluşum tepkimelerinde bir gama fotonunun enerjisi pozitron diğer adıyla karşıt elektron ve elektrona dönüştürülebilir.

Bir '+' parçacık ve aynadaki görüntüsü. Spin yönleri ve elektrik yükleri farklı.

Hale: Nötr parçacıklar için de bir parantez açalım.

Hatice: Evet, elektrik yükleri olmadığı halde nötr parçacıkların da karşıtları vardır. Karşıt nötrinolar ile nötrinolar spin yönü bakımından farklılık gösterir.

Hale: İlk karşıt maddenin bulunması da yok olma tepkimelerinin enerji iziyle oluyor. 1928’de Paul Dirac, ilerleyen kuantum mekaniğiyle Einstein’ın Görelilik Teorisi’ni uzlaştırmaya çalışıyordu. Denklemlerinin sonucunda enerjinin – ve + iki değerinin olduğunu gördü. Yani her parçacığın zıt elektrik yüklü bir karşıtı vardı. 4 sene sonra da yüksek enerjili kozmik ışınlarda pozitrona rastlandı. Bu yıllarda karşıt parçacık arayışı iyice ivmelendi, artık parçacık hızlandırıcılar inşâ edilmeye başlanmıştı. 1955’te de karşıt proton keşfedildi.

Hatice: Karşıt parçacıklardan bir karşıt çekirdek elde edilebilir mi?

Hale: Zor ve oldukça masraflı olsa da evet. Pozitron ve atomun çekirdeğini oluşturan iki parçacık proton ve nötronun karşıt parçacığı bulundu. Bundan sonra karşıt çekirdek elde etmek için deneyler yapılmaya başlandı. Buna referans olarak döteryum atomu ele alındı. Döteryum çekirdeği, hidrojenin 1 nötronlu izotopudur. Yani karşıt döteryum çekirdeği bir karşıt proton ve bir karşıt nötrondan oluşturulmak istendi. CERN’de ve Brookhaven Ulusal Laboratuvarı’nda gerçekleştirilen deneylerde karşıt çekirdek elde edilebildi. Hala CERN’de ve Japonya’daki parçacık hızlandırıcılarda karşıt parçacık araştırmaları devam ediyor.

 

Kaynak: KuarkKozmikanaforWikipedia

 

Hatice Nur Özcan – Fatma Hale Bulut

 

5 Ocak

  1. 1889 yılında Alman fizikçi Martin Brendel, ilk kez auroraları fotoğrafladı. Bir asteroide, 761 Brendelia, adı verilerek yaşatılmaktadır.
  2. 2005 yılında başta 10. gezegenimiz sayılan Eris keşfedildi. Ulusal Astronomi Birliği’nin gezegen tanımına uymadığı için Plüton, Ceres, Haumea ve Makemake ile cüce gezegen sınıfına alındı.
  3. 1913 yılında Amerikalı gökbilimci Lewis A. Swift hayatını kaybetti. Birçok kuyruklu yıldız keşfettiği için ‘Comet Hunter’ (kuyruklu yıldız avcısı) olarak da bilinir.
  4. 1970 yılında Nobel Fizik Ödülü’nün yanı sıra birçok ödüle layık görülen Alman fizikçi Max Born hayatını kaybetti. Daha detaylı bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.
  5. 1981 yılında Nobel Kimya Ödüllü ve dünyadaki en önemli bilim topluluklarının üyesi de olan Amerikan kimyacı Harold Clayton Urey hayatını kaybetmiştir. Daha detaylı bilgiye buradan ulaşabilirsiniz.
,

İlkel Atmosferden Bir Esinti: Harold Urey ve Miller-Urey Deneyi

Merhaba FST’nin değerli takipçileri, ben Beyza :). Bugün yazımda sizlere atom bombasının bulunmasında önemli bir rol oynayan ve Nobel Kimya ödülünü kazanan, önemli bir kimyager olan ve bugün ölüm yıldönümü olan Harold C. UREY’den bahsedeceğim.

Harold Clayton Urey, 28 Nisan 1893 tarihinde Walkerton, Indiana’da doğdu. Annesi Samuel Clayton, babası Cora Urey’dir. Babası hem öğretmen hem de papazdı. Ne yazık ki Urey henüz altı yaşındayken babası hayatını kaybetti. Ünlü kimyagerin annesi, babasının ölümü üzerine başka bir papazla hayatını birleştirdi.

Harold liseden mezun olduktan sonra, devlet okullarında 3 sene boyunca eğitmenlik yaptı. Bu süreçten sonra ise Montana Üniversitesi’nde Zooloji üzerine yüksek lisans eğitimine başladı. Buradan da mezun olduktan sonra 2 yılını kimya çalışmalarına ayırdı ve Montana Üniversitesi’ne kimya dalında çalışmak için geri döndü. 1921 yılında  Kaliforniya Üniversitesi’nde fiziksel kimya alanında, Profesör Lewis’in altında çalışmak üzere, doktora programına katıldı. 1923 yılında da doktora programını tamamladı. Sonraki yıllarda Profesör Niels Bohr’un Teorik Fizik Enstitüsü’nde çalıştı. Amerika’ya geri dönüşü, Johns Hopkins Üniversitesi’nin Kimya Bölümü’nde çalışmaya başlamasıyla oldu. 1929’da  Columbia Üniversitesi’ne atandı ve 1934 yılında profesör oldu. 1940-1945 yılları arasında Columbia Üniversitesi’nde savaş ve atomik bomba araştırmalarını yönetti. 1945 yılında nükleer araştırmalar yapmak üzere Enstitü’yü Chicago Üniversitesi’ne taşıdı. Profesör Urey’in önceki çalışmaları şöyledir: entropi, diatomik gazlar, atomik yapı problemleri, moleküllerin yapısı ve absorbsiyon(emme) spektrumu. 1931 yılında, sıvı hidrojenin kademeli damıtılmasıyla ağır hidrojen izotoplarının yoğunlaştırılmasını keşfetti. Bu keşif döteryum elementinin keşfine ve Nobel Kimya Ödülü‘nü almasına önderlik etti. 5 Ocak 1981’de hayata gözlerini yuman Urey’in önemli ve kesinlikle ilginizi çekebileceğini düşündüğüm bir  deneyi var, Urey-Miller Deneyi .

Urey-Miller deneyinin amacı, atmosferin ilk hallerinin şu anki haliyle aynı olup olmadığını görebilmektir. Deneyi Carl Sagan’ın ağzından dinleyelim, ”Protein ve nükleik asitlerin kullanılmadığı bu deneyde, daha ilkel safhaları düşünülüp ele alınabilmesi için başka gazlar kullanıldı. Peki ya deneyde oksijen kullanılsaydı ne olurdu? Eğer oksijen kullanılsaydı, deney başarısız olurdu. Bunun nedeni, oksijen günümüzde var olan bir element ve bu element, bitkiler yardımıyla oluşmakta. İlk oluşumda ise bitkiler henüz bulunmadığı için oksijeni de kullanmak doğru olmayacaktı. 4 milyar yıl önce Dünyamızda hidrojence zengin olan gazlar, uçup uzaya karışmıştır. Metan, amonyak, su buharı gibi gazlar bu yüzden kullanılmıştır. Başlangıç gazları toplandıktan sonra, ilkel Güneş’i taklit etmek için UV ışınımı verilebilirdi fakat onun yerine bu deneyde gazlar ilkel atmosferdeki gibi şimşeklerlerle kıvılcımlandırıldı. Deney uygulandıktan birkaç saat sonra, proteinlerin ve nükleik asitlerin yapıtaşları olan organik moleküllerce zengin bir pigment, reaksiyon kabının iç kısmında ilginç kahverengi izler oluşturdu. Bu yapıtaşları uygun koşullarda birleşerek, proteinleri ve nükleik asitleri yapmak üzere molekülleri oluştururlar. Bu nükleik asitler kendilerini de kopyalayabilmektedir. Ayrıca, bu deneyde kullanılan gazlar yalnızca Dünya’ya ait olmayıp tüm evrende bulunabilen gazlardır. Bu tür reaksiyonlar belki de meteorlardaki aminositleri ya da yıldızlararası boşluktaki organik materyali de açıklıyor. Bu tür kimyasal reaksiyonlar, Samanyolu Galaksisi’nde yer alan milyarlarca dünyada da gerçekleşmiş olabilir.”

Reaksiyon kabı ve kabın iç kısmında oluşan kahverengi izler.

Bu deney, kimyasal evrimin oluşumunu denemek üzere, dünyanın ilk zamanlarındaki koşullarına benzetilerek yapılan bir deneydi. Deneyin sonucu bize gösteriyor ki, günümüz koşulları Dünya’nın ilk zamanlarında varolduğu düşünülen koşullara hiç benzememektedir.

Bilime katmış olduğu bazı şeyleri kısaca özetleyecek olursak:

  • 1931 yılında, sıvı hidrojenin kademeli damıtılmasıyla ağır hidrojen izotoplarının yoğunlaştırılmasını keşfetti. Bu keşif döteryum elementinin keşfine önderlik etti.
  • E. W. Washburn ile birlikte, hidrojen izotoplarının ayrılması için elektrolitik bir metot geliştirdiler. Bunun özelliklerini, özellikle de hidrojen ve döteryumun buhar basıncını ve değişim reaksiyonlarının denge sabitlerini ayrıntılı bir şekilde araştırdılar.
  • Uranyum izotoplarının ayrılması üzerine de çalıştı.
  • Paleotermlerin ölçülmesi, gezegenin kökeninin araştırılması ve dünyanın kökenindeki kimyasal problemler üzerine araştırmalar yaptı.
  • “Atomlar, Moleküller ve Quanta” ve “Gezegenler” adlı kitaplarının yanı sıra birçok makale yayımlamıştır.

Yeni bir yazıda görüşmek dileğiyle, bilimle kalın! 🙂

Kaynakça; inovatifkimyadergisi.com, Wikipedia, “Yaşam Nasıl Başladı?” (Carl Sagan)