Skip to content Skip to navigation

Proton ve Nötronun Kütleleri

Dr. Mahir E. Ocak
27/04/2015 - 20:33

Atom çekirdekleri, proton ve nötronlardan oluşur. Kuark olarak adlandırılan temel parçacıkların bir araya gelmesiyle oluşan bu yapı taşları, baryon olarak adlandırılan parçacık ailesinin üyeleridir. Elektriksel olarak yüklü olan protonlar iki yukarı kuark ve bir aşağı kuarktan oluşurken yüksüz nötronlar bir yukarı kuark ve iki aşağı kuarktan oluşur. Yapıları farklı olan proton ve nötronun kütleleri de doğal olarak farklıdır.

Atomların kararlı bir yapıya sahip olması nötronların protonlardan daha ağır olmasının sonucudur. Serbest haldeyken kararsız olan nötronlar, beta ışıması yaparak kendilerinden daha hafif olan proton ve elektronlara parçalanır. Ancak protonlar, baryon grubu parçacıkların en küçük kütleli üyeleri oldukları için kararlıdır. Çünkü ışıma yaparak daha küçük kütleli parçacıklara dönüşmeleri mümkün değildir.

Ölçümler nötronun kütlesinin protonunkinden %0,14 daha fazla olduğunu gösteriyor. Eğer bu değer %0,05’ten daha az olsaydı hidrojen atomları ters-beta bozunmasıyla kolaylıkla nötronlara dönüşürdü. Ya da bu değer %0,05’ten biraz daha fazla olsaydı, Büyük Patlama’dan sonra oluşan hidrojen miktarı çok daha az, helyum-4 miktarı ise çok daha fazla olurdu. Dolayısıyla ilk yıldızlar Büyük Patlama’dan sonrakine benzer bir biçimde oluşmazdı. Bunların yanı sıra eğer nötronun kütlesi protonunkinden çok daha büyük olsaydı, nötronlar çok daha hızlı bir biçimde proton ve elektronlara parçalanırdı. Böylece yıldızlardaki çekirdek tepkimeleri ve dolayısıyla ağır atomların sentezlenmesi hayli zorlaşırdı. Kısacası bugün gözlemlediğimiz evren, proton ile nötronun kütleleri arasındaki ufak farkın doğrudan bir sonucudur.

Uluslararası bir araştırma grubu, proton ve nötronun kütleleri arasındaki farkı kuramsal yöntemler kullanarak hesapladı. Kuantum kromodinamiği ve kuantum elektrodinamiğine dayalı bu hesaplar sırasında yeni bir benzetim tekniği de geliştirildi. Bu ve geçmişte yapılan çalışmalar, proton ve nötronların kütlelerinin büyük ölçüde ve Einstein’ın E=mc2 formülüyle uygunluk içinde kuarkların enerjilerinden kaynaklandığını gösteriyor. Esasen elektrik yüklü protonları çevreleyen elektrik alan, protonların kütlesini yüksüz nötronlarınkine göre yaklaşık %1 oranında artırıyor. Ancak kuarklar arasındaki kütle farkı nötronların protonlardan yaklaşık %0,14 daha ağır olmasına neden oluyor. Kuramsal hesaplar yoluyla elde edilen bu sonuçlar, 1972 yılında Harald Fritzsch, Murray Gell-Mann ve Heinrich Leutwyler tarafından geliştirilen ve güçlü etkileşimi açıklayan kuantum kromodinamiği kuramını destekliyor.

İlgili İçerikler

Fizik

Su, elektrik enerjisi kullanılmadan bulunduğu yerden daha yükseğe nasıl taşınabilir? Arşimet bu sorunu milattan önce üçüncü yüzyılda icat ettiği Arşimet vidası ile çözmüştü. Deneyler köşesinin bu etkinliğinde, Arşimet vidası tasarlayarak suyu yukarı taşımak amacıyla kullanılabilecek bir pompa yapıyoruz.

Fizik

Bilim Genç olarak ODTÜ Saçılmalı Demet Hattı ve İVME-R’de yürütülen çalışmalarla ilgili ODTÜ Fizik Bölümü Öğretim Üyesi ve İVME-R Müdürü Prof. Dr. Bilge Demirköz ile bir söyleşi gerçekleştirdik.

Fizik

Bundan yüzyıllar önce Dünya’nın kendi etrafında dönüp dönmediği, ayrıca Dünya’nın mı Güneş’in etrafında yoksa Güneş’in mi Dünya’nın etrafında dolandığı bilim insanları arasındaki en hararetli tartışma konularından biriydi. 

Fizik

Rice Üniversitesinde Prof. Dr. James M. Tour önderliğinde çalışmalar yapan bir grup araştırmacı, karbon içeren atıklardan grafen üretmeye imkân veren bir yöntem geliştirdi. Araştırma ile ilgili makale Nature’da yayımlandı.

Fizik

Gençleri bilim insanlarıyla bir masa etrafında buluşturan TÜBİTAK Bilim Genç Kafe 11 Şubat Uluslararası Bilimde Kadınlar ve Kız Çocukları Günü’nde Ankara, İstanbul ve Samsun’da düzenleniyor. Etkinliğin Ankara’daki konuğu 2019 yılı TÜBİTAK Teşvik Ödülü’nü kazanan Dr. Öğr. Üyesi Emine Ülkü Sarıtaş.

Fizik

Tasarla ve Yap köşesinin bu etkinliğinde maliyeti uygun malzemeler ile cisimlerin nasıl elektriklendiğini gösteren bir düzenek tasarlıyoruz.

Fizik

Işık nasıl yayılır? Dalgalar gibi mi yoksa madde parçacıkları gibi mi? Bu soru bir zamanlar bilim dünyasını ikiye bölmüştü. Deneyler köşesinin yeni etkinliğinde ışığın yapısını çift yarık deneyi ile inceliyoruz.

Fizik

Günümüzde güneş gözesi üretmek için yaygın olarak silisyum kullanılıyor. Ancak bu güneş gözeleri hem pahalıya mal oluyor hem de üretim süreçleri çok zahmetli. Yüksek verim elde etmek için silisyum atomlarının çok düzenli bir yapı oluşturması ve bu yapının içine toz ya da başka yabancı maddelerin karışmaması için üretimin tozsuz odalarda yapılması gerekiyor.

Fizik

İster dinleyelim, ister mırıldanalım, ister bir müzik aleti ya da herhangi bir nesne ile müzik yapalım, ister dans ederek eşlik edelim; müzik hayatımızda önemli bir yere sahip. Biz de ocak ayında objektiflerinizi müziğin hayatınızdaki yerine odaklamanızı istiyoruz. Fotoğraflarınızı Bilim Genç’te paylaşırken açıklama bölümüne #HayatımdakiMüzik etiketini eklemeyi unutmayın.

Fizik

Geride bıraktığımız yılda bilim ve teknoloji alanında birçok gelişmeye şahit olduk. 2019 yılında gerçekleşen önemli bilimsel ve teknolojik gelişmeleri sizin için derledik.