Atom çekirdeği 1909
yılında gerçekleştirilen Geiger-Marsden altın levha deneyine dayanarak 1911
yılında Ernest Rutherford tarafından keşfedildi. Nötronun keşfinden (1932) sonra,
çekirdeğin proton ve nötronlardan oluştuğu modelini Dimitri Ivanenko ve Werner
Heisenberg geliştirdi.
Hidrojen atomun
çekirdeğinin çapı (tek bir protonun çapı) 1.75 × 10-15 m’dir. Daha
ağır atomlarda, örneğin uranyumda, çekirdek çapı 15×10-15 ‘m’ye çıkabilir.
Bu boyutlar atomun kendisinin çapından (çekirdek + elektron bulutu) çok daha
küçüktür.
Protonlar ve nötronlar birbirinden farklı eş spin kuantum
sayılarında fermiyonlardır. Bu nedenle iki proton ve iki nötron aynı uzay dalga
fonksiyonunu paylaşabilir; çünkü iki proton ve iki nötron aynı kuantum öze
sahip değildir. Bunlar bazen aynı parçacık olan nükleonun farklı kuantum
numaraları olarak görülmektedir. İki fermiyon (İki proton ya da iki nötron ya
da bir proton + bir nötron gibi) çifti gevşek olarak birbirine bağlı olduğunda
bozon gibi davranabilmektedir.
Hiper çekirdeğin nadir durumlarında, bir ya da daha fazla
acaip kuark ya da sıradışı quark içeren ve hiperon adı verilen üçüncü baryon da
dalga fonksiyonunu paylaşabilir. Ama bu tip çekirdek son derece kararsızdır ve
Dünya üzerinde bulunmaz yalnızca fiziğin yüksek enerjiyle ilgili deneylerinde
gözlemlenebilir.
Atom çekirdeği güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada
tutulur. Bu kalıcı güçlü kuvvet kuarkları birbirine bağlayarak proton ve
nötronların oluşmasını sağlayan güçlü etkileşimin küçük kalıntısıdır. Bu kuvvet
nötronlar ile protonlar arasında daha zayıftır çünkü kendi içlerinde nötral
hale getirilmektedir. Aynı şekilde nötral atomlar arasındaki elektromagnetik
kuvvet (örneğin iki adet durağan gaz atom arasındaki Van der Waals Kuvveti)
atomun parçacıklarını içten birlikte tutan elektromagnetik kuvvete göre oldukça
zayıftır. (Örneğin, hareketsiz bir gaz atomundaki elektronu kendi çekirdeğinde
tutan kuvvet.)
Çekirdek Modelleri
Fiziğin standart modelinin, çekirdeğin davranışını ve
bileşenlerini tamamıyla tanımladığı inancı yaygın olsa da, teoriden tahminler
üretmek parçacık fiziğinin diğer çoğu alanından daha zordur.
Çekirdeğe dair geliştirilmiş ilk modeller çekirdeğin dönen
sıvı damlası gibi değerlendirildiği modellerdir. Bu modelde, uzun mesafeli
elektromanyetik kuvvet ve görece kısa menzilli nükleer kuvvetin birlikte belli
bir davranışa neden olduğu söylenmektedir.
Çoğu çekirdeğin bağlanma enerjisinin yaklaşık değerini
bulmak için kullanılan yarı deneysel kütle formülü beş tip enerjinin toplamı
olarak ele alınmaktadır.
· Hacim Enerjisi: nükleer enerji hacimle doğru
orantılıdır.
· Yüzey Enerjisi: Yüzey enerjisi negatiftir ve
yüzey alanı ile doğru orantılıdır.
· Coulomb Enerjisi: Çekirdekteki her bir çift
proton arasındaki elektriksel itici kuvvet kendi bağlanma enerjisinin düşmesine
yardımcı olur.
· Asimetrik Enerji (Pauli Enerjisi de denir): Bu
enerji Pauli dışlama ilkesi ile ilişkilidir.
· Eşleştirme enerjisi: Çift sayılı parçacıklar tek
sayılı parçacıklardan daha kararlıdır.
Sıkıştırılamaz bir sıvı damlası gibi resmedilen çekirdek resimleri (bu
model çekirdeğin bağlanma enerjisindeki gözlemlenmiş değişiklikleri açıklamamaktadır)
20 Kasım 2019
GERİ
(partikül fiziği)
GERİ
(bileşik partiküller)
GERİ (diğer
bileşik partiküller)
