Kuantum nesnelerinin davranışını en iyi şekilde göstermek için mikroskobik parçacıkların davranışını incelememiz gerekir. Aralarından seçim yapabileceğimiz parçacık seçimimiz var: kuantum mekaniğini doğuran çığır açan keşifler, fotonların, atomların ve elektronların dikkatlice incelenmesini içeriyordu. Atomlar kesinlikle kuantum nesneleri gibi davranmak için yeterince küçüktür, ancak hepsi şaşırtıcı şekillerde etkileşime giren elektronlar, nötronlar ve protonlar da dahil olmak üzere birkaç farklı atom altı parçacıktan oluştukları için genellikle kendileri acımasızca karmaşık sistemlerdir. Atomlarla derinlere dalmak bir felaket reçetesidir, bu yüzden basit başlayalım.

https://diyot.net/atomun-yapisi/

Nötronların Davranışı

Bu bölümde, atom altı parçacıkların en sıkıcı olan nötronların davranışını inceleyeceğiz. Nötronların, proton ve elektronlardan farklı olarak yükü yoktur, ancak atom altı parçacık için nispeten büyük bir kütleye sahiptir (protonlardan biraz daha fazla).

Nötronların nasıl davrandığını anlamak, Manhattan Projesi sırasında, nötron naklinin nükleer enerji santrallerinde ve atom silahlarında nükleer zincir reaksiyonlarını hafifletmek için kritik öneme sahip olduğu ortaya çıktığında, fizikçilerin dikkatini birden çekti.

Olası bir nükleer fisyon zinciri reaksiyonu. 1. Bir uranyum-235 atomu bir nötron emer ve ikiye bölünür (fisyon fragmanları), üç yeni nötron ve büyük miktarda bağlanma enerjisi salar. 2. Bu nötronlardan biri bir uranyum-238 atomu tarafından emilir ve reaksiyona devam etmez. Başka bir nötron, emilmeden sistemi terk eder. Bununla birlikte, bir nötron bir uranyum-235 atomuyla çarpışır ve bu atom daha sonra iki nötron ve daha fazla bağlayıcı enerji üretir ve serbest bırakır. 3. Bu nötronların her ikisi de uranyum-235 atomları ile çarpışır, her biri birkaç nötron oluşturup serbest bırakır ve bu da reaksiyonu devam ettirebilir.
Telif: https://en.wikipedia.org

Biraz daha basit başlayalım ve tek bir nötronun davranışını ele alalım: Tek bir nötron, yeterince sıcak bir nükleer fırından, belki de bir füzyon veya fisyon ürünü olarak üretilir. Bu nötron fırından bir açıklıktan çıkar ve görüş alanına girer.

Peki, balistik bir nötrondan nasıl bir yol bekleriz?

Klasik mekaniğin temelleri hâlâ sağlamdır: Newton’un birinci yasasının öngördüğü gibi, bir balistik nötronun daha çok bir hızlı top gibi davranmasını veya bir merminin sıfır yerçekiminde davranmasını bekliyoruz. Deneylerimizde nötron üzerindeki yerçekimi kuvvetini ihmal edebiliriz çünkü yerçekiminin ivmesi, sıcak bir atom altı parçacığın hızına kıyasla kaybolacak kadar küçüktür. Nötron, dengesiz bir kuvvet tarafından harekete geçmediği sürece, sabit bir hız ve yönde düz bir yörünge izleme eğiliminde olacaktır.

Bir komplikasyon ortaya koyalım: Nötronumuzun uzaydaki yoluna doğrudan dik homojen olmayan bir manyetik alan oluşturmak için iki zıt mıknatıs düzenledik diyelim ve aşağıdaki başlığımıza geçelim.

Klasik fizik anlayışımıza göre, nötronumuzu yüksüz bir nokta kütlesi olarak ele alırsak, manyetik alandan nasıl etkilenmesini bekleriz?

Nötronlar, en önemli niteliklerinden sonra adlandırılır: 0 nötr yüküne sahiptirler. Yüklü parçacıklar genellikle elektrik ve manyetik alanlardan güçlü bir şekilde etkilenir. Muhtemelen bir elektrik alanındaki bir nokta yükünün davranışını ve manyetik bir alandaki bir hareketli nokta yükünün davranışını incelediniz. Her iki durumda da, elektrik ve manyetik alanlar nokta yüke etki eden bir kuvvet yaratır. Nötronlar gibi nötr parçacıklar elektrik ve manyetik alanlarla hiçbir şekilde etkileşime girmemelidir, bu nedenle nötronun yörüngesinin bir manyetik alandan etkilenmesini beklemeyiz.

Ancak gerçekte gözlemlediğimiz şey bu değil: Nötronumuzun yolu, yüklü bir parçacıktan (bir elektron veya proton gibi) bekleyebileceğimiz gibi, ancak çok daha küçük bir dereceye kadar saptırılıyor. Bu sapmayı tespit etmek çok hassas bir alet gerektirir, ancak bu tekrarlanabilir, gerçek bir etkidir.

Nötron yüksüz olduğundan, bu bir elektron için gözlemleyeceğiniz gibi hareketli bir yükün neden olduğu bir sapma değildir. Ancak sapma, tıpkı yüklü bir parçacık gibi manyetik bir momente sahip olduğu anlamına gelir. Yüksüz nesneler bazen dönüyorlarsa manyetik momentlere sahip olabilirler, bu nedenle deneyciler bu manyetik momenti bir spin manyetik moment olarak adlandırdılar. Her manyetik momentte olduğu gibi, spinin dönüş eksenine karşılık gelen bir büyüklüğü ve yönü vardır ve bir manyetik alanda minik çubuk mıknatıs.

Spin Özelliği

Klasik bir nötron, tercih edilen bir yönelim olmaksızın herhangi bir yöne işaret edebilir. Rastgele yönlendirilmiş nötronlar, hiçbir sapma olmaksızın ortalanmış olarak detektör boyunca geniş bir şekilde yayılır. Nötron dönüşü klasik bir özellik gibi davranmıyor. Spin, bir kuantum özelliği olmalıdır çünkü nicelleştirilmiştir, yani yalnızca belirli değerlere sahip olmasına izin verilir. Burada klasik beklentilerimizi kapıda bırakalım.

Bu neden oluyor? Nötronları o kadar özel kılan şey, kuantum olmaları gerekirken, çubuk mıknatıslar ve beyzbol topları mutlu bir şekilde klasik beklentileri takip ediyor? Nötronların klasik olarak manyetik alandan hiç etkilenmemeleri gerekiyor. Ama bu garip ikili şekilde saptırılıyorlar çünkü spin dediğimiz kuantum özelliğe sahipler. Nötronun dönmediğine dikkat etmek önemlidir – en azından klasik olarak anlamlı bir anlamda değil. Spin, her parçacığın sahip olduğu bir özelliktir, ancak etkileri çok küçüktür.

İnsan ölçeğinde nesneler, olağanüstü büyük sayılarda mikroskobik kuantum nesnelerinden oluşur; nötronlar, protonlar ve elektronlar dahil.

Makroskopik nesnelerde spinin ikili kuantum etkilerini neden gözlemlemiyoruz?

İnsan ölçeğinde, spin gibi ikili kuantum etkilerinin inanılmaz derecede büyük sayıdaki mikroskobik nesnelerin ortalaması alınır ve sürekli klasik davranışı yeniden üretmek için yumuşama eğilimindedir.

Sadece izole edilmiş kuantum nesnelerinin son derece hassas ölçümü, dönüşün etkilerini gözlemleyebilir. Nötron spin manyetik momentinin gücü yaklaşık 10^34’tür, alışık olduğunuz çubuk mıknatısların gücünden kat daha düşük. Bu nedenle şunu diyebiliriz ki; kuantum mekaniği, ondalık sayıların altıncı sırasını geçen ayrıntılara takıntılı bir grup inatçı fizikçi tarafından keşfedilmiştir.

YELDA GÜNDEĞER

Referanslar

Bir Cevap Yazın

Aşağıya bilgilerinizi girin veya oturum açmak için bir simgeye tıklayın:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Google fotoğrafı

Google hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap /  Değiştir )

Connecting to %s