Atom Altı parçacıklar

                                  

Sadece proton parçacığının bulunup tekli işlev gördüğü Bohr Atom Modeli

Atomların içi dolu ve bölünmez olduğu fikrini savunan John Dalton'un ilk atom modeli ve atom hakkında ilk bilimsel yaklaşımıdır.(1808).

Atom sözcüğü her ne kadar “daha küçük parçacıklara bölünemeyen” gibi bir anlam taşısa da, çağdaş bilimde atom “atomaltı parçacıkların birleşimi” olarak tanımlanır. Atomdaki üç temel parçacık elektron, proton ve nötrondur. Bütün elementlerin atomlarında bu üç parçacık mutlaka bulunur; tek istisnası hidrojen-1 atomudur ki bu atomda nötron yoktur. Ayrıca herhangi bir hidrojen katyonunun elektronu da yoktur. Bundan dolayı hidrojen-1 atomunun katyonuna proton da denir.

Helyum atomunun sadeleştirilmiş haliyle atom modeli: İki protondan (kırmızı) ve ikinötrondan (yeşil), ayrıca etrafında dönen (sarı) elektronlar.

Negatif yüklü olan elektron, bu parçacıklar arasında 9.11⁻³¹ kg ile en hafif olanıdır. Boyutlarının ölçümü mevcut tekniklerle mümkün değildir. Proton pozitif yüklüdür ve kütlesi, 1.6726⁻²⁷ kg, yani elektronun kütlesinin 1836 katıdır. Protonun kütlesi, atomdaki bağlanma enerjisine göre değişiklik gösterip azalabilir. Nötron ise yüksüz bir parçacıktır ve kütlesi 1.6929⁻²⁷kg’dır. Nötron ve protonların boyutları, her ne kadar yüzeyleri tam olarak tanımlanamasa da, birbirlerine yakın değerdedir.

Standart modele göre, proton ve nötronlar kuark adı verilen temel parçacıklardan oluşurlar. Kuarklar bir çeşit fermiyondur ve maddenin iki temel bileşeninden (diğer bileşen leptondur) biridir. Her biri +2/3 veya -1/3 yüklü olan altı çeşit kuark vardır. Protonlar iki yukarı kuark bir tane de aşağı kuarkdan oluşur. Böylece yükü " 2.(+2/3) + 1.(-1/3)= +1 ", yani pozitif olur. Nötronlar ise iki aşağı kuark bir de yukarı kuarktan oluşur ve " 1.(+2/3) + 2.(-1/3) = 0 " sonucu yüksüz olurlar. (Bu hesaplarda +2/3 yukarı kuark, -1/3 ise aşağı kuarkları gösteriyor). Bileşimlerindeki bu farklılık yüklerinin yanı sıra kütlelerinin de değişik olmasına neden olur. Kuarkları, gluonlar aracılığıyla, güçlü çekirdek kuvveti bir arada tutar. Gluon, fiziksel kuvvetleri sağlayan gauge bozonlarından biridir.

Çekirdek[değiştir | kaynağı değiştir]

Ana madde: Atom çekirdeği

Çekirdeği bir arada tutmak için gerekli olan enerjinin izotoplara göre değişimini gösteren bir grafik

Bir atomdaki bütün Proton ve Nötronlar, atomun boyutuna kıyasla çok küçük bir alana sahip olan çekirdektedir. Proton ve nötronun ikisi birden nükleon olarak adlandırılır. Bir çekirdeğin yarıçapı, toplam nükleon sayısı A olan bir atomda  fmdir. Nükleonları "residual strong force" adı verilen kısa menzilli bir çekici güç bir arada tutar. Bu kuvvet 2.5 fmden daha kısa uzaklıklarda, pozitif yüklü protonların birbirlerini itmelerine neden olan elektrostatik güçten çok daha güçlü bir kuvvettir. Bir atomdaki proton sayısına atom numarası denir. Bir elementin bütün atomlarındaki proton sayısı aynıdır. Örneğin demirin atom numarası 26’dır ve dolayısıyla 26 proton bulunduran bütün atomlar demir elementine aittir. Bir elementin atomları arasında nötron sayısı farklılık gösterebilir. Farklı nötron sayılarına sahip aynı element atomlarına izotop denir. Nötron sayısının proton sayısına oranı çekirdeğin kararlılığını belirler.

Nötron ve protonlar farklı fermiyon türleridir. Kuantum mekaniğinin kurallarından Pauli dışarlama ilkesine göre iki benzer fermiyon aynı zaman içinde aynı kuantum durumunda bulunumaz. Yani her proton ve nötron farklı bir yerde bulunmalıdır. Bu yasak, aynı kuantum durumda bulunan bir proton ve nötron için geçerli değildir.

Barındırdığı nötron ve proton sayılarının çok farklı olduğu bir çekirdek, radyoaktif bozunmaya uğrayıp daha düşük bir enerji seviyesine geçerek nötron ve proton sayılarını birbirine yakın değerlere çeker. Birbirine yakın sayıda proton ve nötron içeren çekirdekler radyoaktif bozunmaya karşı daha kararlıdır. Ancak atom numarası arttıkça, protonların birbirlerine uyguladıkları elektrostatik itme kuvvetleri artacağından, protonlar arasına girerek bu itmeleri azaltan nötron sayısı giderek çoğalır. Bunun sonucunda atom numarası 20’nin üzerinde (20, kalsiyumun atom numarasıdır) nötron ve proton sayıları eşit kararlı çekirdekler bulunmaz. Atom numarası arttıkça, kararlı bir çekirdek için gerekli olan nötron/proton oranı 1.5’e doğru kayar.

İki protonun füzyona uğrayarak bir nötron ve bir protona dönüşmesini gösteren bir çizim. Füzyon sonucunda pozitron(e⁺) ve elektron nötrinosu salınır.

Atom çekirdeğindeki proton ve nötron sayıları değiştirilebilse de bu çok büyük bir enerji gerektirir ve bu olay sonucunda, çekirdeğin değişmesi için emilen enerjiden daha fazla enerji dışarı salınır. Çekirdeğin daha az sayıda nükleon içeren çekirdeklere bölünmesine fizyon denir. Birden fazla çekirdeğin birleşerek daha çok nükleon içeren çekirdeklere dönüşmesine ise nükleer füzyon denir ve füzyonun gerçekleşmesi için gerekli olan enerji, nükleer fizyon için gerekli enerjiden çok daha fazladır. Yine füzyon sonucunda ortaya çıkan enerji, fisyonun ortaya çıkardığı enerjiden de fazladır. Yıldızlardaki muazzam enerji salınımının kaynağı füzyondur. Düşük enerjili yıldızlarda küçük atom numaralı çekirdekler (hidrojen, helyum), yüksek enerjili yıldızlarda ise daha büyük atom numaralı (karbon, oksijen) çekirdekler füzyona uğrar. Yıldızdaki çoğu çekirdek demire dönüştüğünde, demirin füzyonu için gerekli yüksek enerji sağlanamadığından yıldız kütlesine göre bir beyaz cüce, kızıl devveya kara delik dönüşür 

kaynak http://bc.vc/3zLq0C.