Atomların varlığı varsayımı gerçekten çok eskilere dayanır. “Maddeyi durmadan bölersek, bu işin sonunda nereye varılır?" sorusuna bir cevap getirmek çabasıyla üretilmiş varsayımlardan biridir bu. Yüzyıllar boyunca pek çok düşünür ve bilim adamı tarafından basit, ama olgunlaşmamış kuramlar önerilmiştir. Ama sorun oldukça karmaşıktı, ancak yavaş yavaş ve giderek aydınlanabildi.
Kısası, deneyler ve aklı yürütmeyle şu sonuca varıldı: Dünya üzerinde egemen olan koşullar altında cisimlerin büyük çoğunluğu, görece kararlı, moleküllerden oluşur; hidrojenden uranyuma, kütleleri 1’den 240’a kadar değişen yüz kadar farklı atom vardır. En azından iki atomun (benzer veya farklı) aralarında bağ kurabilme yatkınlığı sayesinde birleşmesi, moleküllerin ve kristallerin olağanüstü çeşitliliğini doğurur.
Moleküllerin bileşimi ve tepkimelerin incelenmesi, kimyanın konusuna girer.100 kadar farklı atom bile (bunların varlıkları ancak 1900’lü yılların sonlarında kabul edilmiştir) göze çok görünmektedir. Atomların, yapı değiştirmesine dayalı olarak ortaya çıkan radyoaktifliğin incelenmesi ve ısıtıldıklarında ışık yayma özelliklerinin ortaya çıkarılması, atomların da en basit ve en temel cisimler olmadığını ortaya koymuştur. Bunların içinde, hepsi birbirinin aynı ve negatif elektrik yükü taşıyan hafif parçacıklar olan elektronlar ile, çok daha ağır ve pozitif yüklü bir çekirdek yer almaktadır. Her çekirdek tipi bir elemente özgüdür ve atom kütlesinin nerdeyse tümünü içerir
1911’de Rutherfod’un gerçekleştirdiği bir deney, birçok başka fizik deneyine model olmuştur. Bu deney, ağır çekirdeğin atom içinde işgal ettiği hacmin, çekirdeğin elektriksel çekim kuvveti altında sürekli olarak hareket eden hafif elektronların kapladığı hacimden çok daha küçük olduğunu göstermiştir. O zamandan beri atomlar, merkezdeki bir çekirdek çevresinde dolanan elektronlardan oluşan çok küçük Güneş sistemleri olarak kabul edilir olmuştur.
Elektronlarla çekirdek arasında sürekli etkiyen bir çekim kuvvetinin mevcudiyetine karşılık, neden elektronların çekirdeğe yapışmadığını açıklamaya yönelik çabalar sonucunda Bohr atomu modeli ortaya çıktı. Bu modelde ve gezegenlerde olduğunun tersine, elektronların ancak bazı özel yörüngeleri işgal edebileceği kabul edilmek zorunda kalındı. Bu durum nedeniyle geliştirilmiş olan kuvantum fiziği, atom ve çekirdek ölçeğindeki olaylarla parçacıklar fiziğinde geçerli olan çok daha küçük ölçeklerdeki olayları tanımlamakta yararlanılan kavramsal çerçeveyi sağlar
ÇEKİRDEK
Çok küçük bir hacim içindeki çekirdek, atomun A kütlesinin büyük kısmını oluşturur ve bu çekirdeğin Z elektrik yükü, elektronların sayısı Z ’yi, yani atomun kimyasal türünü belirler. 1920 yılına kadar bilinen yegane parçacıklar, proton ve elektron olduğu için, çekirdeğin A sayıda protondan oluştuğunu, bunlardan bazılarının elektronlar tarafından (çevredeki dış elektronlardan farklı olan elektronlar) nötrleştirildiğini öne sürmek doğaldı, ama bu elektronların çekirdek içinde nasıl saklandıklarını anlamak da hayli zordu. Rutherford nötr parçacıklar (nötronlar) önermişti, bunların kütlesi protonun kütlesine yakın olmalıydı; ancak 1932 yılında Chadwick, nötronu tam anlamıyla kanıtladı: çekirdek içinde elektron yoktu.
Çekirdeklerle elektronlar arasında var olan elektriksel kuvvetleri açıklamak için tasarlanan kuvantum elektrodinamiği, bu kuvvetlerin fotonların alışverişiyle, yani sıfır kütleli elektromanyetik dalgalar olan ışık parçacıklarının değişimiyle aktarıldığını ortaya kokuyordu.
Bu kuramdan yararlanan ve çekirdeklerin çok küçük boyutlu parçacıklar olmasını hesaba katan Yukava, nükleonlar arasında gerçekleşen haberci bir parçacık, yani mezon alışverişi sonucunda, kısa mesafelerde etkiyen güçlü bir kuvvetin (veya etkileşimin) ortaya çıktığını öne sürdü ve mezonun kütlesini hesapladı. Bugün pion denen bu mezon, 1947 yılında kozmik ışın etkileşimi sırasında tanındı. Bu buluş çekirdeğin "mezon" kuramını doğruluyordu.
Ama bu kuram, çekirdeklerin bütün özelliklerinin tanımlanması için yeterli değildi:mesela biçim, kararlılık koşulları, çarpışmalar vb. gibi özellikler. Bütün bu sorular, her zaman çok canlı bir bilim dalı olan çekirdek fiziğinin (nükleer fizik) konusunu oluşturmaktadır.
TEMEL PARÇACIKLAR
Atomların bileşik cisimler olduğu XX. Yüzyılın başında anlaşıldı. Bunlar, negatif yüklü elektronlarla çevrelenmiş bir çekirdekten oluşur; çekirdek de proton adı verilen, pozitif yüklü ve elektronlardan çok daha ağır parçacıklar içerir. Ayrıca Einstein, fotoelektriksel etkiyi (bazı maddelerin ışık etkisiyle elektron yayması) açıklayabilmek için, ışığın da foton denen parçacıklardan oluştuğunu gösterdi. Elektronlar, protonlar ve fotonlar 1930’lu yıllara kadar maddenin temel parçacıkları ve sanki evrenin yapı taşları olarak görülüyordu. Ama durum sanıldığı kadar basit değildi.
1932 yılında J. Chadwick, çekirdeğin bir başka bileşenini, nötronu kanıtladı ve C. Anderson kozmik ışınlarda pozitronu, yani pozitif yüklü karşıt elektronu buldu. Dirac’ın kuvantum elektrodinamiğini, yani yüklü parçacıkların birbirlerine uyguladığı elektromanyetik kuvvetleri açıklayan kuramı önermesi de bu döneme rastlar. Bu kuram matematiksel tutarlılık bakımından bazı güçlükler gösteriyordu, ama birçok olayı, özellikle de elektronları atom çekirdekleri çevresinde dağılma ve enerji düzeylerini değiştirerek ışık yayımlama mekanizmalarını çok daha büyük bir kesinlikle açıklama imkanı veriyordu.
Buna karşılık, çekirdek içinde olup biten her şeyin elektromanyetik yapıda olmadığı da açıktı.Protonlarla nötronları bir arada tutan kuvvetle beta radyoaktifliğini oluşturan kuvvet, uzun erimli değildi: bunlara, sırasıyla güçlü ve zayıf etkileşimler adı verildi. Elektrodinamikle benzerlik kuran Yukava, güçlü etkileşimin π mezonu veya pion denen ve 1947 yılında kozmik ışınlar sayesinde gözlemlenebilmiş bir parçacık aracılığıyla etkidiğini öne sürdü.
Aynı kozmik ışınlar,piona benzeyen, ama alışılmadık biçimlerde bozunan ve bu nedenle tuhaf parçacıklar adı verilen başka parçacıkların varlığını da ortaya koydu. Proton senkrotronu tipi hızlandırıcıların (kullanılmaları kozmik ışınlardan daha kolaydır) ve kabarcık odalarının (parçacıklar arasındaki tepkimeleri gözlemlemeye yarayan araçlar) hizmete sokulması, çok sayıda benzer parçacığın bulunmasını sağladı; kuramcılar bu parçacıkları, US (İngilizce "Unitary Symmetry" [Birleşik simetri] kelimelerinin baş harflerinden) adı verilen matematiksel bir grup yardımıyla sınıflandırmaya çalıştılar.
BAZI ATOM PARÇACIKLARI
Banyonlar:Üç kuvarktan oluşan kadronlar.
Bozonlar: Temel fiziksel kuvvetleri taşıyan parçacıklar.
Elektronlar: En hafif leptonlar. Elektrik yükleri –1’dir. Elektriksel ve kimyasal tepkimelerde önemli roller üstlenirler.
Fermiyonlar: Spin değeri 1/2, 2/3 gibi buçuklu olan tüm parçacıklar. Peptonlar ve banyonlar birer fermiyondur.
Fotonlar: Elektromagnetik kuvveti taşıyan bononlar.Işığı oluşturan parçacıklar fotonlardır.
Glüonlar: Kuvarklar arasındaki kuvvetli etkileşimi taşıyan bozonlar.
Gravitonlar: Kütle çekimi kuvvetini taşıdığı varsayılan bononlar. Gravitonlar gerçekte henüz gözlemlenememiştir.
Hadronlar: Kuvarklardan oluşan tüm parçacıklar.
Kuvarklar: Nötronları ve protonları oluşturan parçacıklar. Kuvarkların koku alarak adlandırılan altı türü vardır: Yukarı, aşağı, büyülü, acayip, üst ve alt.
Leptonlar: Çekirdeğin dışında yer alan parçacıklar. Altı tür lepton vardır: Elektron, mü on, tau ve bunların nötrinoları.
Mezonlar: Bir kuvark ile bunun karşıt kuvarkından oluşan hadronlar.
Müonlar: Elektrondan biraz daha ağır leptonlar. Evrenin oluşumunun ilk anlarında var olan bu parçacıklar bugün ancak parçacık hızlandırıcılarında üretilmekte ve ender olarak kozmik ışınlarda bulunmaktadır.
Nötrinolar: Elektrik yükü ve gözlemlenebilir bir kütlesi olmayan parçacıklar.
Nötronlar: Protonlarla birlikte atom çekirdeğini oluşturan yüksüz temel parçacıklardır.
Protonlar: Nötronlarla birlikte atom çekirdeğini oluşturan artı yüklü temel parçacıklar.
Taular: En ağır leptonlar. Evrenin oluşumunun ilk anlarında var olan bu parçacıklar bugün ancak parçacık hızlandırıcılarında üretilmekte ve ender olarak kozmik ışınlarda bulunmaktadır.

Taşıyıcı mezonlar: (W ,W
ve Z
bozonları olarak da adlandırılır). Bazı radyoaktif bozunum türlerine neden olan zayıf etkileşimleri taşıyan bononlar.
KUVARKLAR, LEPTONLAR, BOZONLAR
1960’larda sürdürülen yoğun araştırmalar sonucunda bu temel parçacıkların, kuvark denen daha da temel birimlerden oluştuğu anlaşıldı. 1980’lerin ortalarında da maddenin temel bileşenlerinin, atom çekirdeğini bir arada tutan kuvvetli etkileşimden etkilenen kuvarklar ile kuvvetli etkileşime girmeyen leptonlar olduğu sonucuna ulaşıldı. Kuvarklar kesirli elektrik yüküne sahip, spin değerleri ½ olan kütleli parçacıklardır (Spin ya da fırıl, bilinen parçacıklarda var olan açısal momentumdur). Kuvarklar her zaman bir arada bulunur.
Birbirlerinden "koku" denen fiziksel bir özellikle ayrılan altı tip kuvark, yani altı ayrı kuvark kokusu vardır. Bu kokular yukarı, aşağı, üst, alt, acayip ve büyülüdür (İngilizce adları up, down, top, bottom, strange ve charmed). Olağan maddedeki protonlarda ve nötronlarda bunlardan yalnızca ikisine, yukarı ve aşağı kuvarklara rastlanır. Öbür dördü (üst, alt, acayip ve büyülü kuvarklar) saniyenin kesri kadar bir sürede kendiliğinden bozunan kararsız parçacıklarda bulunur. Yukarı, büyülü ve üst kuvarkların elektrik yükü 2/3; aşağı,acayip ve alt kuvarkların elektrik yükü ise –1/3’tür. Kuvarklardan oluşan tüm parçacıklara hadron denir. Uç kuvarktan oluşan protonlar, nötronlar ve öbür hadronlar baryon olarak adlandırılır. Tek bir kuvark ile bunu karşıt kuvarkından oluşan hadronlara ise mezon denir. Spin değeri buçuklu olan (1/2, 2/3, vb.) tüm parçacıklar fermiyon adıyla anılır. Leptonlar ve baryonlar bu gruba girer.
Leptonlar her zaman çekirdeğin dışında bulunur, çünkü kuvarkların tersine, çekirdeği bir arada tutan kuvvetli etkileşimden etkilenmezler. Altı tip lepton vardır ve bunlar her zaman bir arada bulunur. Leptonların elektrik yükü –1, spin değerleri ise 44 ½’dir. Elektronlar ile müonlar (mü parçacıkları) ve tabu parçacıkları bu kategoriye girer. Her lepton, elektrik yükü ve görünür bir kütlesi olmayan bir nötrinoyla ilişkilidir. Leptonlar yalnızca elektromagnetik kuvvetten, zayıf çekirdek kuvvetinden ve kütle çekimi kuvvetinden etkilenirler. (Zayıf çekirdek kuvveti, çekirdeğin kendiliğinden parçacıklar saldığı çekirdek bölünmesi sırasında etkir).
Kuvarklar ve leptonlar maddenin temel parçacıklarıdır, ama bozon olarak adlandırılan bir başka parçacıklar kümesi daha vardır. Görelilik ve kuvantum kuramlarına göre tüm kuvvetler parçacıklar arasındaki etkileşimin bir sonucudur ve kuvarklar ya da leptonlar arasındaki tüm etkileşimler bozonlar tarafından taşınır. En tanınmış bozon, elektromagnetik kuvveti ileten fotondur. Kuvarkları birleştirerek proton ve öbür hadron türlerinin oluşmasını sağlayan kuvvetli etkileşim, glüon olarak adlandırılan sekiz bozonluk bir küme tarafından taşınır. Işınımın (radyoaktifliğin) oluşmasını sağlayan ve Güneş’in enerji üretebilmesi için gerekli olan zayıf kuvvet ise, taşıyıcı mezon ya da vektör mezonu denen üç bozon tarafından iletilir. Bunlara bazen W, W ve Z bozonları da denir. Foton ve glüon kütlesiz, taşıyıcı mezonlar ise oldukça ağırdır. 1983’te İşviçre’nin Cenevre kentinde Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü laboratuarında W ve Z parçacıkları için öngörülen biçimde oluşan ve bozunan parçacıklar saptanmıştır.
Bunlar maddeyi oluşturan temel parçacıklardır. Parçacıkların bazı fiziksel özelliklerini belirten renk ve koku tanımlarının parçacık fiziğinde günlük yaşamdakinden farklı teknik anlamları vardır. Parçacıkların kütleleri birbirinden oldukça farklıdır ve kolaylık sağlaması bakımından 1 birim olarak alınan protonun kütlesine göre verilmiştir. Elektrik yükü de protonunkine göre belirlenmiştir.(ν ve t parçacıklarının henüz doğrudan gözlemlenememiştir, ama varlıklarına ilişkin güçlü belirtiler bulunmaktadır.) Her parçacığın, elektrik yükü, rengi ve kokusu ters işaretli olan bir karşıt parçacığı vardır;karşıt parçacıklar ayrıca listeye alınmamıştır.
KARŞIT PARÇACIKLAR
Kuvantum kuramının geliştirilmesinden kısa bir süre sonra, 1930’ların başlarında kuramsal fizikçi P.A.M Dirac karşıt parçacıkların olduğunu öne sürdü. Her temel parçacık için kütlesi aynı, ama elektrik yükü (ve herhangi bir başka yükü) ters işaretli olan bir başka parçacığın bulunması gerekiyordu. Bugün bu varsayım kanıtlanarak doğrulanmıştır. Örneğin, elektronun karşıt parçacığı pozitron, protonunki karşı proton (ya da antiproton) ve kuvarkınki karşıt kuvarktır (ya da antikuvark).
ATOM PARÇACIKLARININ ÖZELLİKLERİ
Her atom parçacığının bazı ayırt edici özelliği vardır. Bu özelliklerin başlıcaları kütle, elektrik yükü, bakışım, renk ve kokudur.
KÜTLE VE ELEKTRİK YÜKÜ
Her temel parçacığın bir özgül kütlesi vardır. Parçacıkların kütleleri birbirinden çok farklı olabilmekte, ana bunun nedeni henüz bilinmemektedir. Parçacıkların bilinen bir başka özelliği de elektrik yükleridir. Bozonlar ile leptonların elektrik yükü elektronunkiyle aynı (-1) olabileceği gibi, bozonlarınki bunun tam ters işaretlisi de (+1) olabilir. Nötron ya da nötrino gibi yüksüz (nötr) bozonlar ve leptonlar da vardır. Kuvarkların elektrik yükü ise
-2/3’tür.
BAKIŞIM
Herhangi bir madde üzerinde yapılabilen ve maddede değişikliğe yol açmayan bir işlem varsa, o maddenin bakışımlı olduğu söylenir. Örneğin bir dairenin, merkezinden geçen ve ona dik olarak geçen çizginin çevresinde döndürülmüş olup olmadığı belirlenemez. Benzer biçimde, bir eşkenar üçgen merkezinden dik olarak çıkan bir çizginin çevresinde 120 derece döndürülürse üçgenin görünümünde herhangi bir değişiklik olmaz. Matematikçiler, çeşitli sistemlere uygulandığında bunlarda herhangi bir değişikliğe yol açmayan işlemleri genelleştirmiş ve sınıflandırmışlardır; buna gruplar kuramı denir. Eğer bazı maddeler üzerinde, bu maddelerde ve aralarındaki ilişkilerde bir değişikliğe neden olmadan uygulanabilecek bir işlemler kümesi varsa, bu kümeye bakışım grubu denir. Bu maddelerin bakışım işlemleri altında birbirlerine dönüştükleri söylenir. Bakışım gruplarının çeşitli adları vardır; doğadaki kuvvetlerin ve parçacıkların nasıl düzenlenmiş olduklarının açıklanması bakımından özel önem taşıyan bazı özel bakışım grupları SU(N) grupları olarak adlandırılır. Buradaki N, bakışım işlemlerinin uygulanabileceği temel madde sayısını gösterir.
Bakışım olgusunu gösteren bu çizimde görülen her üç cisim de, merkezlerinden geçen, sayfaya dik bir eksenin çevresinde 120 derece döndürüldüklerinde kendisine dönüşür, yani görünümlerinde hiçbir değişiklik olmaz. (b) ve (c) cisimleri, aynı merkez üzerine oturmuş iki tane (a) cisminden oluşur. Aynı bakışıma sahip daha karmaşık birçok başka düzen kurulabilir.(c) cismi daha az bakışımlı olmakla birlikte, öbür ikisi için belirtilen temel bakışıma sahiptir.
Fizikçiler parçacıkları ve bunların arasındaki etkileşimleri belirleyen yasaların belirli işlem kümeleri altında değişmediğini saptamışlardır. Özellikle 2. Dünya Savaşı’ndan sonra keşfedilen parçacıkların, SU(3) bakışım grubu işlemleri altında birbirine dönüşen kümeler oluşturduğu ortaya çıkmıştır. Ama, gözlemlenen parçacık kümeleri, olanaklı en basit maddeler kümesi değildir. Bu durum yukarıdaki çizimde gösterilmiştir. Gözlemlenen parçacıklar çizimdeki (b) ve (c) şekillerinin köşelerindeki gibidir ve 120 derecelik döndürmeler yapıldıkça doğa yasaları değişmemiş, böylece birçok parçacık kümesi çok basit şekilde gözlemlenebilmiştir. Ama (a) şeklinin köşelerinde yer alan en basit küme gözlemlenememiştir.
1964’te Murray Gell-Mann ve George Zweig, birbirlerinden bağımsız olarak, proton, nötron ve keşfedilmiş birçok parçacığı da içermek üzere tüm hadronların bir başka madde düzeyinden oluştuğunu ileri sürdüler; bu madde Gell-Mann’ın önerisi uyarınca kuvark olarak adlandırıldı. Kuvarklar ayrıca, "koku" denen fiziksel özelliklerine göre u, d ve s kuvarkları olarak ayrıldı. (Kuvark sözcüğü James Joyce’un Finnegans Wake adlı romanında geçen bir cümleden alınmıştı.)
Daha sonraki fizikçilerin de çalışmalarında benzer sonuçlara varması Gell-Mann ve Zweig’ın görüşünün doğrulanmasına ve kuvarkların kuvvetli etkileşime giren temel parçacıklar olarak kabul edilmesine yol açtı. Örneğin 1960’ların sonlarında ABD’nin California eyaletindeki Stanford Doğrusal Hızlandırıcı Merkezi’nde gerçekleştirilen bir deney sonucunda protonların ve nötronların kuvarklardan oluştuğu kanısı kesinleşti. Bu deneyde araştırmacılar Ernest Rutherfod’un atom çekirdeğini keşfetmesini sağlayan tekniğin bir benzerini uyguladılar. Bir kez protonlara çok yüksek enerjili elektronlar çarptırıldı ve şaşılacak kadar çok sayıda elektronun doğrudan protonların arasından geçmek yerine, büyük açılarla geri yansıdığı görüldü. Dikkatle sürdürülen incelemelerin ardından da protonların temelde üç noktamsı parçacıktan, yani kuvarklardan oluştuğunun kabul edilmesi gerektiği sonucuna varıldı. (Bu deney sırasında ayrıca, kuvarkları birleştirerek protonun oluşmasını sağlayan ve glüon denen parçacıkların varlığına ilişkin kanıtlar da elde edildi.)
Bilim adamlarının maddenin kuvarklardan oluştuğuna inanmalarını sağlayan başka nedenler de vardır. Bunlardan biri, kuvarkların proton,nötron ve öbür hadron türlerini oluştururken ancak belirli sayısal birleşimlerde bir araya geldiklerinin anlaşılmış olmasıdır. Protonlar ve nötronlar üç kuvarktan, mezonlar ise tıpkı pionlar gibi kuvark-karşıt kuvark çiftlerinden oluşur. Kuramın geçerli olabilmesi için ancak belirli hadron biçimlerinin bulunması, bazılarının ise bulunmaması gerekir ve her iki koşul da sağlanmıştır. Bir başka neden de kuvarkların hem kuvvetli, hem de zayıf etkileşimlere nasıl girdiğini tanımlayan kuramların pek çok önemli deneyi doyurucu biçimde açıklayabilmesidir.
Geçmişte maddenin yapısı araştırılırken ulaşılan her aşamada, keşfedilen yeni parçacığın da bir iç yapısı olduğunu düşündüren ipuçları elde ediliyordu. Örneğin, proton keşfedildiğinde bu parçacığın magnetik alanlarla noktamsı bir parçacıktan beklenen biçimde etkileşime girmediği görülmüş ve üzerine çarptırılan elektronları saçılıma uğratınca da bir iç yapısı olduğu anlaşılmıştı. Oysa çok yakınlarına kadar ulaşılıp imcelenmelerine karşın kuvarkların ve leptonların bir içi yapısı olduğunu gösteren herhangi bir belirtiye rastlanmamıştır.
Kuvarkların bu bakımdan çok önemli olabilecek bir başka özelliği daha vardır. Çok çeşitli şekillerde gözlemlenebilmelerine karşın, bu parçacıkların yalın halde ayrılıp elde edilemeyeceğine inanılmaktadır. Bilindiği kadarıyla bu parçacıkları bir arada tutan kuvvet, aralarındaki uzaklık artsa bile sabit kalır ve bu yüzden bir çift kuvarkı birbirinden ayırmak için gittikçe daha fazla enerjiye gereksinim duyulur. Ama sisteme yüklenen enerji belirli bir düzeye ulaştığında bu kez sistem bir kuvark-karşıt kuvark çifti oluşturur. Bu durumda da sistemden ancak qqq ya da qq birleşimleri çıkar; bu birleşimler ise normal hadronlardan başka bir şey değildir. Kuvarkların ayrılamayacağı ve yalnızca hadronları oluşturan birleşimlerinin görülebileceği tezine sınırlanma denir. Maddenin bölünebilirliğine ilişkin tarihsel problemin yeni çözümü belki de bu sınırlanma ilkesidir. Gelecekte yapılacak deneyler maddenin daha ileri düzeylerinin olup olmadığını ortaya çıkaracaktır, ama bilim tarihte ilk kez maddenin en temel ve parçalanamaz bileşenlerine ulaşmış gibi görünüyor.
KİLOMETRE TAŞLARI
1896 - RADYOAKTİFLİK BULUNDU.
1898 - POLONYUM,SONRA RADYUM (P. VE M. CURİE), ALFA VE BETA IŞINLARI (ERNEST RUTHERFORD) BULUNDU.
1900 - ELEKTROMANYETİK YAPIDA OLAN GAMMA IŞINLARI BULUNDU (P.VİLLA-
RD).
1911 - İZOTOP KAVRAMI ORTAYA ÇIKTI (AYNI FİZİKSEL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERE SAHİP AMA ATOM KÜTLELERİ FARKLI ELEMETLER).
1932 - NÖTRON KEŞFEDİLDİ (J. CHADWİCK).
1932 - W. PAULİ VE E. FERMİ BETA RADYOAKTİFLİĞİNİN YANI SIRA NÖTRİNO DENEN ÇOK GİRİŞKEN YÜKSÜZ BİR PARÇACIĞIN DA YAYIMLANDIĞINI KANITLADI.
1934 - J.F. VE I. JOLİOT-CURİE YAPAY RADYOAKTİFLİĞİ VE β+ RADYOAKTİFLİĞİNİ BULDU.
1935 - NÜKLEER KUVVETİN "MEZON" KURAMI (YUKAVA).
1938 - NÜKLEER PARÇALANMA (FİSYON) BULUNDU
1970 - AĞIR İYON HIZLANDIRICILARI, ÇEKİRDEKLERİN KARARLILIK KOŞULLARINI ARAŞTIRMAYA İMKAN VERİLDİ.

RADYOAKTİFLİK
Biraz tesadüf eseri biraz da özenli gözlemci nitelikleri sayesinde Becquerel, 1896 yılında radyoaktifliği buldu. Nitekim, atom çekirdeklerinin tamamının kararlı olmadığını gösterdi: bunlardan, radyoaktif denilen bazı girişken ışınlar biçiminde küçük parçacıklar fırlatıyor, böyle bir yayımdan sonra atomlar yapılarını değiştiriyordu.
Doğal radyoaktif cisimlerin araştırılması ve özelliklerinin incelenmesi XX. yüzyılın başında gelişti. Bu dönemin en önemli olayı 1898’de, P. Ve M. Curie tarafından radyumun bulunmasıydı. Kısa sürede üç radyoaktiflik türünün (alfa, beta, gamma) bulunduğu ve bunların her birine ilgili atom çekirdeklerinde farklı bir dönüşümün gelişme ettiği anlaşıldı. Radyoaktifliğin incelenmesi ve aynı zamanda, oluşturduğu ışınların kullanılması, atom çekirdeklerinin yapısının anlaşılmasına önemli ölçüde yardımcı oldu. Ayrıca çekirdekleri alfa ışınlarıyla bombardıman eden I. Ve J. F. Joliot-Curie, yeni radyoaktif çekirdeklerin oluşmasını sağladılar.
Tekil kuvarklar (daireler) oluşturdukları parçacıklardan ayrılamaz. Gösterimi basitleştirmek için yan yana konmuş üç kuvarktan oluşan bir proton düşünün (a). Şimdi kuvarklardan birini çekip ayırmayı düşünün (b). Bunun için bir ek enerjiye gereksinim vardır. Kuvarklar arasındaki kuvvetli etkileşimi taşıyan glüonları tespit eden çizgiyi (bükülü şerit) uzatalım. Bir kuvark-karşıt kuvark çiftini oluşturmaya yetecek kadar enerji sağlandığında bu gerçekleşecektir (c). Bu durumda yeni çiftteki kuvark öbür kuvarkların yanına geçip bir proton; karşıt kuvark ile kuvark ise bir pion oluşturacaktır. Böylece yalnızca protonlar ve pionlar gibi olağan hadronlar üretilmiş olacaktır (d).
RENK VE KOKU
Parçacıkları iki başka özelliği daha vardır. Bunlar günlük yaşamda duyumsadıklarımızla pek ilgili olmasa da, "renk" ve "koku" olarak tanımlanmıştır. Renk ve koku parçacıkların bu özelliklerinin işleyişinden yola çıkılarak verilmiş adlardır, ama günlük kullanımdakinden çok farklı teknik anlamlar taşır.
Elektrik yükü ile elektromagnetik kuvvet arasında nasıl bir ilişki varsa, renk ile kuvarkları birbirine bağlayan kuvvetli etkileşim arasında da öyle bir ilişki vardır. Elektrik yüklü parçacıklar elektrik alanları ve magnetik alanlar oluştururlar ve foton alışverişi gerçekleştirirler. Kuvarklar elektrik yükünün yanı sıra renk yükü taşırlar ve glüon alışverişi gerçekleştirirler; her kuvarkın üç rengi olabilir ve renk bakışımı bir SU(3) grubudur. Glüonlar da renk yükü taşır, ama fotonlar elektrik yükü taşımazlar; dolayısıyla renk kuvveti elektrik kuvvetinden daha değişik ve daha karmaşıktır. Renkli glüonlar kuvvetli etkileşimleri iletir ve renk yükü taşıyan her şeyle etkileşime girerler. Kuvarklar kırmızı, mavi ve yeşil renklerde; karşıt kuvarklar ise eksi kırmızı, eksi mavi ve eksi yeşil renklerde olabilirler. Bilinen tüm hadronlar ya üç kuvarktan ya da kuvark-karşıt kuvark çiftlerinden oluşur. Birinci durumda, kuvarklar ancak olanaklı her renkten eşit sayıda olmak üzere bir araya gelebildiklerinden, üç ayrı renkli üç kuvark bir renksiz parçacık (proton, nötron) oluşturur; ikinci durumda ise renkler ise renkler birbirini götürür ve gene bir renksiz parçacık (pion) ortaya çıkar. Renklerin bir başka biçimde bir araya gelerek beyaz (renksiz) oluşturmaları olanaksızdır.
Renk özelliğiyle hemen görülemeyen benzerlikleri bulunabilirse de, koku renkten farklı bir özelliktir. Bugüne değin altı tür lepton (yani altı lepton kokusu) ve altı tür kuvark (altı kuvark kokusu) saptanmıştır. Lepton kokularından üçü –1 elektrik yüklüdür. Ağırlık bakımından ikinci sırada gelene mü ya da mü on (Yunanca μ harfiyle gösterilir), en ağırına ise tau (Yunanca τ ile gösterilir) denir. Kütleleri ve kütleye bağlı öbür etkileri dışta tutulursa, μ ve τ parçacıkları esas olarak elektron gibi davranırlar; ama onları elektrondan ayıran bir özellikleri vardır. Bu tek ayrı özellik onların enerji salıp elektronlara dönüşmelerini engeller (oysa yalnızca birer elektron olsalardı dönüşürlerdi). Bu parçacıkları farklı özelliği kokudur. Elektron, müon ve taunun üçünün de kendi ayrı nötrinosu, yani üç ayrı nötrino kokusu vardır. Bugüne değin yapılan deneyler bu üç nötrino türünün birbirinden farklı olmadığını göstermiştir. Bir elektron nötrinosu etkileşime girdiğinde her zaman bir elektron oluşturur, hiçbir zaman bir müon yada tau parçacığı oluşturmaz ve bir müon nötrinosu etkileşime girdiğinde her zaman bir müon oluşturur, hiçbir zaman bir elektron ya da tau parçacığı oluşturmaz;ama bu olgunun aralarındaki benzerliği değiştirdiği kabul edilmez. (Tau parçacığı deneysel olarak saptanamamış, ama varlığı dolaylı olarak kanıtlanmıştır).
Kuvarklar için de durum aynıdır. Altı kuvark kokusu vardır;bunlardan üçünün elektrik yükü 2/3, üçünün ise –1/3’tür. En hafif kuvarklar çift halinde bulunan yukarı (up, simgesi u) ve aşağı (down, simgesi d) kuvarklardır. Bunların ardından acayip (strange, simgesi s) kuvarklar bulunmuş ve keşif sırasında olağandışı, acayip davranışlar gösteren parçacıklara rastlandığı için bu adla anılmıştır. Acayip kuvarkın içinde yer aldığı çiftin öbür üyesi büyülü (charmed, simgesi c) kuvarktır. Özellikleri kuramsal olarak önceden belirlenmiş olan büyülü kuvarkın 1974’te keşfedilmesi, fizikçilerin büyük bölümünü parçacıklara ve bunların etkileşimlerine ilişkin modern kuramların özünde doğru olduğuna inandırmıştır. Bu büyülü baryon, kabarcık odası ve özel fotoğraf yöntemleri yardımıyla bulunmuştur. Üçüncü kuvark çiftini ise, üst (top, simgesi t) ve alt (bottom,simgesi b) kuvarklar oluşturur. Alt kuvarklar 1977’de ortaya çıkarılmış, üst kuvark ise henüz doğrudan gözlemlenememiştir, ama bunların varlığını gösteren dolaylı kanıtlar çok güçlüdür (zayıf etkileşimler kuramına göre, t kuvarkı olmasaydı, buket kuvarkı daha farklı davranırdı). Üst kuvarkın gözlemlenememesi, var olan parçacık hızlandırıcılarıyla üretilemeyecek kadar ağır olmasına bağlanmaktadır.
Bu anlatılanlar temelinde kuvarklar da üç çift halinde ayrılabilir:
Burada da çiftlerin üst ve alt üyelerini zayıf etkileşimler birbirine bağlar, ama çiftleri birbirine bağlayan, bilinen herhangi bir etkileşim yoktur. Bozonların özellikleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.

Bozonlar doğadaki bilinen kuvvetleri iletirler ve aynı zamanda kuvarkları ve leptonları birbirine bağlayarak çeşitli madde biçimlerinin oluşmasını sağlarlar. Foton ve glüon gözlemlenmiştir; taşıyıcı mezonların ise etkileri belirlenmemiştir. X ve Y parçacıkları birleşik alan kuramlarında öngörülmüştür. Parçacıkların bazı fiziksel özelliklerini belirten renk ve koku tanımlarının parçacık fiziğinde günlük yaşamdakinden farklı teknik anlamları vardır. Parçacıkların kütlesi birbirinden oldukça farklıdır ve kolaylık sağlaması bakımından 1 birim olarak alınan protonun kütlesine göre verilmiştir. Elektrik yükü de protonunkine göre belirlenmiştir.
ATOM MODELLERİ
DALTON ATOM MODELİ: Madde, atom denilen içleri dolu bölünemeyen taneciklerden oluşmuştur. Aynı elementin atomları büyüklük yönünden birbirinin aynı, farklı elementlerin atomları tamamen birbirinden farklıdır. Tepkimelerde atomlar korunur. Atomların birleşmeleri sonunda moleküller oluşur.
THOMSON ATOM MODELİ: Thomson, maddenin düzgün olarak dağıtılmış pozitif yükler ve aralarına serpiştirilmiş negatif yüklerden oluştuğunu ifade etmiştir. Bu yönüyle madde atomu üzümlü keke benzetilebilir. Kek pozitif yük, üzümler ise elektronlardır.
RUTHERFORD ATOM MODELİ: Merkezde kütlesi çok büyük bir çekirdek ve etrafında belirli yörüngelerde dolanan elektronlardan oluşmuştur. Bu görüşün yetersizliği ise; Elektronun neden çekirdeğe düşmediği yada atomdan fırlayıp gitmediği sorusunun cevapsız kalmasıdır.
BOHR ATOM MODELİ: Bohr atom modeli, elektronların çekirdekten herhangi bir uzaklıkta bulunan tek bir yörüngede değil, belirli yörüngede olduğunu belirtir. Bir elektronun bulunduğu yer elektronun sahip olduğu enerjiye bağlıdır. Bu enerji düzeyleri çekirdeğe yakın olandan uzağa doğru 1,2,3.... gibi numaralar verilerek gösterilir. Enerji düzeylerinin enerjisi çekirdeğe yaklaştıkça azalır, uzaklaştıkça artar. Elektron bir üst enerji seviyesine enerji verilerek uyarılır ve enerji kesilirse elektron eski yerine gelir ve bu arada aldığı enerjiyi ışık şeklinde yayar.
Atomun temel parçacıkları proton, nötron ve elektronlardır. Protonlar ve nötronlar atomun kütlesini oluşturup çekirdekte bulunurlarken, kütlesi yok denilecek kadar az olan elektronlar, çekirdeğin etrafındaki belirli yörüngelerde çok hızlı bir şekilde dönerler.
Bir atomda kütle numarası,atom numarası ve atomun yükü yandaki şekilde olduğu gibi gösterilir.
Bir atomun çekirdeğindeki proton sayısı ile nötron sayısının toplamı kütle numarasını verir. Elektronun kütlesi proton ve nötronun yanında çok küçük olduğundan ihmal edilir.
Atomun çekirdeğinde kaç tane pozitif yük varsa etrafında da o kadar negatif yük olmalı ki atom nötr olsun. Protonlar (+) yüklü, nötronlar yüksüz ve elektronlar (-) yüklü tanecikler olduğuna göre nötr atomlarda proton sayısı daima elektron sayısına eşit olmalıdır. Proton sayısı aynı zamanda çekirdek yükünün bir ifadesidir.
Atom no = proton sayısı = elektron sayısı (nötr atomlarda) = çekirdek yükü
Elektron dizilimi şekildeki gibi gösterilebilir.
İzotop Atomlar: Atom numaraları aynı kütle numaraları farklı ya da proton sayıları aynı nötron sayıları farklı olan atomlara bir birinin izotopu atomlar denir. İzotop atomların kimyasal özellikleri aynı olduğu halde fiziksel özellikleri farklıdır.
İzotopu olan elementin atomik kütlesi, izotoplarının tabiattaki yüzdeleriyle doğru orantılı olarak, onların bir ortalamasıdır.
Allotrop atomlar: Aynı elementin uzayda farklı şekilde dizilerek farklı geometrik şeklindeki kristallerine allotrop denir. Örneğin grafitle elmas, beyaz fosforla kırmızı fosfor, rombik kükürtle monoklinik kükürt, ozon ile oksijen birbirinin allotropudur. Allotropların fiziksel özellikleri farklı olduğu halde kimyasal özellikleri aynıdır.
İzoton: Nötron sayıları eşit olan atomlara birbirinin izotonu denir.
İzobar: Kütle numaraları aynı atom numaraları farklı olan atomlara izobar atomlar denir.
İzoelektronik: Elektron sayıları bir birine eşit olan atomlardır.
İZOTOP ATOMLAR
1910 yılında F. Saddy (sadi) radyoaktif çalışmaları yaparken uranyum atomunun farklı kütleli atomlarını bulmuş bu atomlara izotop atomları adını vermiştir.1912’de J.J. Thamson neon atomlarıyla çalışırken kimyasal özellikleri aynı kütleleri çok az farklı iki tür neon atomu bulabileceğinden şüphelenmişti.
Thamson’la birlikte çalışan F. Astan (astır) kütle spektrometresi denilen aletle pozitif yüklü neon iyonlarını kütlelerine ayırmayı başardı.Astan doğadaki her on neon atomundan dokuzunun kütle numarasının 22 olduğunu gösterdi.Bu şekilde aynı elementin farklı kütleli atomlarının yani izotoplarının varlığı anlaşıldı.Bir elementin bütün atomlarının proton sayıları aynı olduğuna göre atomların kütlelerindeki farklılık nötron sayılarındaki farklılıktan ileri gelir.O halde izotoplar proton sayıları aynı nötron sayıları farklı atomlardır.Diğer bir deyişle izotopların atom numaraları aynı kütle numaraları farklıdır.İzotopların kimyasal özellikleri aynı fiziksek özellikleri farklıdır.
İzotopları olan bir elementin ortalama atom kütlesi izotoplarının atom kütlelerinin ağırlıklı ortalamasıdır. Yani tüm izotoplarının bulunma yüzdeleri ile kütle numaralarının çarpımlarının toplamına eşittir.
Fosfor, sodyum, alüminyum, mangan, iyot ve altın gibi bazı elementlerin doğada kararlı izotopları yoktur.
Günümüzde izotopları mineral, kayaç ve fosillerin yaş tayininde, tıpta organ sintigrafisinde, kanser tedavisinde, bakterilerin öldürülmesi ve yiyeceklerin korunmasında, endüstride metallerin inceltilmesinde, petrol yataklarının belirlenmesinde kullanılmaktadır.
İzotopların uygulama alanı çok geniştir.Kimyada,biyokimyada,tarımda "izleyici" denen izotoplarla markalanmış gerek kütle sayıları gerek radyoaktif özellikleriyle algılanabilen moleküllerin kullanımı, bir çok mekanizmanın aydınlanmasını sağladı. Çekirdek fiziğinde bir elementin izotopları birbirinden tümüyle farklı davranışlar gösterir.İzotopların gerek çalışmalarda gerek araştırmalarda ve gerek nükleer enerjide gittikçe artan kullanımı, bunları hazırlama ya da doğal elementin sağladığı karışımlardan zenginleştirme yoluyla elde etme konusunda geniş çalışmalar yapılmasına yol açtı. Kimi izotoplar özellikle radyoaktif izotopları kararlı elementleri reaktörlerde ışınlayarak "atom birleşimi" yoluyla çok küçük miktarda elde edilebilir. Bir izotopu ya da izotoplarından biri bakımından zenginleştirilmiş bir elementi tartılabilir niceliklerde hazırlamada ise çeşitli yöntemlerden yararlanılır.
Bir bileşimin yapısına giren basit bir cismin yerine radyoaktif izotopu kullanarak işaretlenen ve organizmaya verildikten sonra dokuların içinde çok küçük dozları bile izlenebilen izotoplar kullanır. Böylece fizyolojik açıdan radyoaktif değilmiş gibi davranan bu maddenin dağılımı ve geçirdiği evreler izlenebilir. Bazı koloit maddelerde suda erimeyen radyoaktif cisim parçacıklarıyla birleştirilerek işaretlenebilir. Kullanılan başlıca izotoplar tiroit bezi araştırmalarında yararlanılan iyot, radyoaktif, fosfor, galyum ve teknetyumdur.
Elementler tabiatta çeşitli izotoplarının farklı yüzeylerdeki karışımı halinde bulunur. Atom kütleleri izotop kütleleri göz önünde bulundurularak ortalama atom kütleleri olarak belirtilir.
YARARLANDIĞIMIZ KAYNAKLAR
1) İNTERNET
2) DICTIONNAIRE LARAUSSE
3) THEMA LARAUSSE
4) BRITANNICA COMPTON’S
|  anasayfa   |  sayfa başı  |   geri  |