Ernest Rutherford: Atom Çekirdeğini Keşfeden Yeni Zelandalı Fizikçi
Atom çekirdeğini keşfeden, ilk yapay çekirdek dönüşümünü gerçekleştiren Ernest Rutherford'un hayatı ve çalışmaları (Ernest Rutherford, atomic nucleus, alpha scattering).
Ernest Rutherford, 30 Ağustos 1871’de Yeni Zelanda’nın Nelson yakınlarındaki Brightwater’da doğdu. Büyük bir ailenin çocuğuydu; burslarla Canterbury College’da okudu ve 1895’te Cambridge’e, Cavendish Laboratuvarı’na gitti. Orada J. J. Thomson ile çalışarak X ışınlarının gazları iyonlaştırması üzerinde yoğunlaştı, ardından radyoaktivite çalışmalarına yöneldi.
Radyoaktivite: alfa, beta ve dönüşüm
Kanada’daki McGill Üniversitesi’nde (1898–1907) uranyumun yaydığı ışınların en az iki türden olduğunu gösterdi ve bunları alfa ve beta ışınları olarak adlandırdı. Kimyacı Frederick Soddy ile birlikte radyoaktif bozunmanın bir elementin başka bir elemente dönüşmesi olduğunu ortaya koydu ve bozunma hızını yarı ömür kavramıyla tanımladı (bkz. Radyoaktivite Nedir?). Bu çalışmalar nedeniyle 1908 Nobel Ödülü’nü fizik değil, kimya dalında aldı.
Altın folyo deneyi ve çekirdek
1907’de Manchester Üniversitesi’ne geçen Rutherford, öğrencileri Hans Geiger ve Ernest Marsden’e alfa parçacıklarını çok ince bir altın folyoya göndermelerini önerdi. Beklenen, parçacıkların neredeyse hiç sapmadan geçmesiydi; çünkü o dönemde yaygın olan Thomson’un “üzümlü kek” modelinde atomun artı yükü atom boyunca yayılmış sayılıyordu. Oysa parçacıkların çok küçük bir kısmı büyük açılarla geri saçıldı. Rutherford bu sonucun, ince bir kâğıt mendile ateşlenen bir merminin geri dönmesi kadar inanılmaz olduğunu söylemiştir. 1911’de sonucu, atomun artı yükünün ve kütlesinin neredeyse tamamının çok küçük bir çekirdekte (nucleus) toplandığı modelle açıkladı.
Fizik köşesi: çekirdek ne kadar küçük?
Kinetik enerjisi \(E = 5{,}5\ \mathrm{MeV}\) olan bir alfa parçacığı, altın çekirdeğine (\(Z = 79\)) tam karşıdan yaklaşırsa, enerji korunumuna göre durup geri döndüğü uzaklık \(d = \dfrac{2Ze^2}{4\pi\varepsilon_0 E}\) olur. \(e^2/4\pi\varepsilon_0 \approx 1{,}44\ \mathrm{MeV\,fm}\) alınırsa \(d \approx 1{,}44\times158/5{,}5 \approx 41\ \mathrm{fm} \approx 4\times10^{-14}\ \mathrm{m}\) çıkar. Atomun kendisi yaklaşık \(10^{-10}\ \mathrm{m}\) boyutundadır; çekirdek atomun yarıçapının yaklaşık binde biri ya da daha küçük bir bölgededir. Gerçek altın çekirdeğinin yarıçapı (birkaç fm) bu mesafeden küçüktür, dolayısıyla alfa parçacığı çekirdeğe değmeden geri döner. Hesap yaklaşıktır ama Rutherford’un sonucuyla uyumludur.
İlk yapay dönüşüm ve proton
1917–1919 arasında alfa parçacıklarıyla azot gazını bombardıman eden Rutherford, hidrojen çekirdeği benzeri parçacıkların çıktığını gözledi ve azotun oksijene dönüştüğünü yorumladı; bu, insanın gerçekleştirdiği ilk yapay çekirdek dönüşümüydü. Hidrojen çekirdeğini temel bir yapı taşı olarak değerlendirip 1920’de ona proton adını önerdi. Aynı yıllarda nötr bir parçacığın var olabileceğini öngördü; öğrencisi James Chadwick bunu 1932’de nötron olarak gösterdi.
Son yıllar ve miras
1919’da J. J. Thomson’un ardından Cavendish Laboratuvarı’nın başına geçen Rutherford, çevresinde geniş bir okul kurdu; Chadwick, Cockcroft, Walton ve Blackett yetiştirdiği isimler arasındadır. Niels Bohr da Manchester’da onun yanında çalışmış ve atom modelini Rutherford’un çekirdeği üzerine kurmuştu. 1931’de Nelson Baronu unvanı aldı. 19 Ekim 1937’de Cambridge’de öldü ve Westminster Abbey’e gömüldü. Adı, 104 atom numaralı element rutherfordium’da yaşar.
Görsel: Bain News Service (Library of Congress), Prof. Ernest Rutherford, kamu malı, Wikimedia Commons.
