BOŞLUKTA DELİKLER II

Bayanlar, Baylar:

Şimdi yolculuk eden bir deliğin, Dirac’ın okyanusunda rahat bir yer arayan, ihtiyaç fazlası bir elektronla karşılaşma­sı halinde ne olacağını görelim. Açıktır ki, böyle bir karşı­laşmanın sonucu olarak, ihtiyaç fazlası elektronun deliğe düş­mesi kaçınılamaz. Böylece delik dolmuş olacak ve bu işlemi gözleyen hayretler içindeki fizikçi, pozitif ve negatif elektron­ların karşılıklı yok olmalan olayını kaydedecektir. Bu düş­mede serbest hale gelen enerji, kısa dalga radyasyonu halin­de ortaya çıkacaktır. Bu ışıma, aynen meşhur peri masalın­daki kurtlar gibi, birbirini yiyip bitiren iki elektronun kalıntısıdır.

Bu işlemin aksini de düşünebiliriz. Burada negatif ve po­zitif elektronlardan ibaret bir sistem, güçlü bir dış radyasyo­nun etkisi ile hiç yoktan yaratılmaktadır. Dirac teorisi görü­şüne göre, böyle bir işlem, sürekli dağılımdan bir elektro­nun atılmasından ibarettir ve aslında bir “yaratılma” olarak değil, iki zıt elektrik yükünün birbirinden ayrılması olarak düşünülmelidir. Şimdi size bu iki elektronla ilgili, “yaratılma ve yok olma” işlemlerinin çok kaba bir şema ile temsil edi­lişlerini göstereceğim. Bu şekilde gördüğünüz gibi, bu konu­nun öyle anlaşılmayacak bir yanı yoktur. Burada şunu da ila­ve etmeliyim: Hemekadar çift yaratılması işleminin mutlak vakumda meydana gelebileceğini söylersek te, bu ihtimaliyet son derece küçüktür. Diyebiliriz ki, boşluktaki elektron da­ğılımı o derece düzgündür ki, bunu bozmak oldukça zor­dur. Diğer taraftan, ağır maddesel parçacıkların varlığı ha­linde, çift yaratılması ihtimali büyük ölçüde artar ve bu artış gözlenebilir .Çünkü ağır maddesel parçacıklar, elektronik da­ğılımı deşebilmeleri için, gamma – ışınlarına destek noktası görevi yaparlar.

Bununla beraber, bilinmektedir ki, yukarıda anlatılan şe­kilde yaratılan pozitron, uzun ömürlü değildir ve kısa za­manda negatif elektronların birisi ile karşılaşıp yok olacak­tır. Kainatın bizim bulunduğumuz köşesinde, negatif elek­tronlar sayıca diğer parçacıklardan çok fazladır. İşte bu ger­çek, bu ilginç parçacıkların; yani pozitnonların diğerlerine göre daha geç keşfedilmesine sebep olmuştur. Pozitif elektronla­rın varlığını haber veren ilk rapor, 1932 yılının Ağustos ayında

BOŞLUKTA DELİKLER II

(Dirac teorisi I930’da yayınlandı) Kalifomiya’lı fizikçi CARL ANDERSON tarafından verildi. Anderson, kozmik radyas­yon üzerindeki çalışmalarında, her yönü ile bildiğimiz elek­tronlara benzeyen; ama önemli bir farklılık olarak negatif elek­trik yükü yerine, pozitif yük taşıyan yeni parçacıklar buldu. Bundan kısa bir süre sonra, laboratuar şartlarında elektron çiftleri elde etmek için basit usuller öğrendik. Çok güçlü yük­sek frekans radyasyonunu (radyoaktif gamma-ışınları) her- hangibir çeşit maddesel cisme göndermek, bu çiftlerin mey­dana gelmesine yetiyordu.

Bundan sonraki resimde size, kozmik ışın pozitronları- nın hasıl ettiği “sis odası fotoğraflarım” göstereceğim. Bun­ların arasında çift – yaratılması işlemi de vardır. Ama resmi göstermeden önce bu fotoğrafların nasıl elde edildiğini açık­layalım. Sis – ya da Wilson – odası, modem deneysel fiziğin en yararlı cihazlarından birisidir. Herhangi bir elektrik yüklü parçacığın bir gaz içinden geçerken takip ettiği yol boyunca çok sayıda iyonlar meydana getirmesi olayı, sis odasının esasını oluşturur. Eğer gaz su buharı ile doyurulmuş ise, bu iyonlar üzerinde ufak su damlacıkları birikir ve böylece yol boyunca ince bir tabaka halinde sis görünür. Bu sisli çizgiyi siyah bir fon önüne alır ve kuvvetli bir ışıkla aydınlatırsak, hareketin her türlü ayrıntısını gösteren mükemmel resimler elde ederiz.

Şimdi perdede gördüğünüz iki resmin birincisi, Ander­son tarafından alınmış bir kozmik – ışın pozitronun orijinal fotoğrafıdır. Aynı zamanda da bir parçacığın çekilen ilk fo­toğrafıdır. resmi boydan boya geçen geniş yatay band odaya yerleştirilmiş kurşun bir levhadır, pozitronun yolu da levha­yı geçen, ince, eğilimli bir çizgi olarak görünüyor. Yolun eğimli olmasının sebebi, deney esnasında sis odasının bir manyetik alan içine konulmuş olması ve manyetik alanın parçacığın ha­reketini etkilemesidir. Kurşun levha ve manyetik alan da par­çacığın taşıdığı elektrik yükünün işaretini tayin için kullanıl­mıştır. Elektrik yükünün işareti şöyle anlaşılır. Yörüngede

manyetik alandan dolayı hasıl olan eğimin hareketli parçacı­ğının yükünün işaretine bağlı olduğunu biliyoruz. Bu uygula­mada mıknatıs o şekilde yerleştirilmiştir ki, negatif elektronlar hareketlerinin başlangıç yönüne göre sola doğru saparlar. Po­zitif elektronlar ise hareket yönlerine göne sağa doğru sa­parlar. Böylece eğer fotoğraftaki parçacık yukarıya doğru ha­reket ediyorsa yükü negatif olabilir. Ama ne tarafa doğru gittiğini nasıl bileceğiz? İşte burada kurşun levha işe yara­maktadır. Levhayı geçen parçacık, i»< enejisinin bir kısmını kaybedecektir. Bu yüzden, manyetik alanın eğme etkisi de daha fazla olacaktır. Gördüğünüz fotoğraftaki yol, levhanın altında (görülmesi oldukça zor ama ölçme yapılınca kesin olarak belli oluyor) daha çok eğilmiştir. Sonuç olarak parça­cık aşağıya doğru hareket etmekteydi ve yükü de pozitif idi diyebiliriz, diğer fotoğraf, Cambridge Üniversitesinde JAMES CHADWICK tarafından çekilmiştir ve sis odası havasında çift – yaratılması işlemini temsil etmektedir. Aşağıdan giren kuvvetli bir gamma – ışını, fotoğrafta hiç bir iz yapmadan odanın ortasına kadar gelip, orada çift hasıl etmiştir. Bu par­çacık çifti, uçuşurken kuvvetli manyetik alan tarafından zıt yönlere saptırılmıştır. Bu fotoğrafa bakınca, soldaki pozit- ronun gaz içinde yoluna devam ederken neden yok olmadı­ğını merak etmiş olabilirsiniz. Bu sorunun cevabını da Dirac teorisi vermektedir. Golf oyununu bilen birisi bunu kolayca anlıyabilir. Yeşil noktaya koyduktan sonra topa çok hızlı vu­rursanız, doğru nişan almış olsanız bile, top deliğe düşme­yecektir. Aslında hızla hareket eden top, deliğin üzerinden aşar ve yuvarlanmaya devam eder. Aynı şekilde çok hızlı ha­reket eden elektron da, hızı büyük ölçüde azalmadan Dirac deliğine düşmeyecektir. Böylece, pozitnonun yolunun sonun­da, çarpa çarpa yavaşladığı zaman yok ojma şansı daha fazla­dır. Ve gerçekten dikkatli gözlemler, herhangi bîr yok olma işleminde çıkması gereken radyasyonun, pozitron yolunun sonlarında göründüğünü tesbit etmiştir. Bu olay Dirac teo­risinin doğruluğuna ek bir kanıt olmuştur.

Şimdi geriye tartışılması gereken iki nokta kalıyor. Her- şeyden önce Dirac’ın okyanusunu meydana getiren parça­cıkların negatif elektronlar olduğunu ve pozitronların da de­likler olduğunu söylemiştim. Bununla beraber, bunun zıddı da söylenebilir. Bildiğimiz elektronları delikler olarak düşü­nüp, pozitronlara dışarı atılmış parçacıklar rolü de verebili­riz. Bunu yapmak için, Dirac’ın okyanusunun parçacıklarla dolup taşmadığını, aksine herzaman parçacık noksanlığı ol­duğunu varsaymak yeteıiidir. Böyle bir durumda Dirac dağı­lımını, içinde bir çok delik bulunan İsviçre peyniri gibi gözü­müzde canlandırabiliriz. Genel olarak parçacık noksanlığın­dan dolayı delikler devamlı olarak var olacaklardır ve eğer parçacıklardan birisi dağılımdan atılacak olursa, kısa zaman­da tekrar deliklerden birisine düşecektir. Söylemek gerekir ki, bu iki resim de, hem fiziksel hem de matematiksel yön­den mutlak olarak eşdeğerdir ve hangisini seçersek seçelim

hiçbir şey farketmez.

İkinci nokta bir soru haline getirilebilir: “Eğer dünyanın bizim yaşadığımız kısmında negatif elektronların sayısında baş­langıçtan beri çok büyük bir fazlalık varsa, kainatın bir başka yerinde bunun tersine bir durum olduğunu varsayabilir mi­yiz?” diğer bir deyişle çevremizdeki Dirac okyanusunun taş­ması, başka bir yerde parçacık noksanlığı ile dengeleniyor mu?”

Bu son derece ilginç soruyu cevaplandırmak zordur. Ger­çekten, negatif çekirdeğin etrafında dönen pozitif elektron­lardan yapılmış atomlar, bildiğimiz normal atomlarla tama­men aynı optik özelliklere sahip olduklarından, bu soru hak­kında spektroskopik gözlemlere dayanarak karar vermek im­kansızdır. Diyelim ki, Büyük Andomeda Nebula’yı meydana getiren madde, belki böyle içi dışına çevrilmiş türdendir. Ama bunu ispat etmenin tek yolu, o maddeden birazını getirip, dünyamızdaki madde ile temas ettiği zaman yok olup olma­dığını görmektir. Kuşkusuz çok müthiş bir patlama olurdu! Dünyamızın atmosferine girdiği zaman patlayan bazı meteo­ritlerin, bu içi dışa çevrili maddeden yapıldığı hakkında bazı rivayetler yardtr, ama bunlara çok itibar etmemek gerekir. Astında Dirac okyanusunun, Kairrtın farklı yerlerinde taş­ması ve eksilmesi sorusu ebediyen cevapsız kalacaktır.

Çev: Doç. Dr. Tuncay İNCESU

“MR. TOHPKIIİS’IH SERÜVENLERİ” \

BİTERKEN                        [

i i

Ünlü fizikçi George Gamoo’un orijinal adı Mr. Tomp-             j

? kinsin Paperback” olan bu eseri, bilimkurgu türünde          f

\ olmayıp, gerçekte var olan: ancak normal koşullarda duyu       j

j organlarımızla gözleyemediğimiz olayları, ölçeği büyü*   ;

l tülmüş biçimde aktaran fantazi öykülerden oluşmaktadır. ^

İM 16, ücincbi 9 kez basılan iki bölümden oluşan,                   *

Rusça dışında tüm Aorupa dillerine, ayrıca Çince ve Hint- I

çeye çevirisi yapdan bu eserin büyük bir kısmım Doç.                      j