Atomların Fotoğrafı

Atomların Fotoğrafı

Amerikan Fizikçisi Pensilvanya Devlet Üniversitesi Profesörlerinden E. V. Müler, dünyada ilk defa bir metalin yüzeyindeki atomların fotoğrafını çekmeyi başarmıştır. Elde edilen klişeler, maddenin yapısının şimdiye kadar şimdiye kadar pek merak edildiği halde görülemeyen ve herkesçe bir sır olarak gelmiş olan durumunu göstermesi bakımından bilim alanında pek önemli sayılmıştır. Atomun fotoğrafının çekilmesinde Tungsten ve Rhenium madenlerinin pek inceltilmiş ve toplu iğne başı genişliğindeki ufacık plâkaları kullanılmıştır. Fotoğrafta atomlar, plâkalar üzerinde birbirine yakın küçücük yuvarlaklar halinde ve beyaz renkte görünmektedir. Çikolata sarmak için kullanılan incelikte bir metalin üzerinde toplu iğne ile bir delik açarsak, bu deliği kapatmak için bir trilyon atom gerekmektedir.

Atom bilginleri, yaptıkları çok ince hesaplarla her biri küçücük bir güneş âlemine benzeyen atomlar üzerinde bugüne kadar pek kıymetli bilgiler edinmişlerdir. Bilinmektedir ki atomun ortasında pozitif elektrikle yüklü bir çekirdek, diğer adı ile nüve bulunmakta ve onun etrafında maddenin bünyesine göre 1’den 300’e kadar değişen çoğunlukta negatif elektrik yüklü elektronlar dönmektedir. Elektronlar çekirdeğin etrafında gezegenlerin güneş döndükleri gibi süratle dönerler. Bunların her birinin yörüngeleri de ayrı olup birbirlerine katiyen çarpmazlar. Kimisi çekirdeğe uzak, kimisi yakındır ve bunlarda gezegenlerde olduğu gibi çekirdek etrafında elips şeklinde bir yörünge üzerinde dönerler. Elipsin odaklarından birisinde çekirdek bulunur. Elektronlarla çekirdek arası boştur. İşte atomda büyük önem taşıyan buluşlardan birisi de bu boşluğun keşfi olmuştur.

Çekirdek ile elektronun en yakını arasındaki mesafe akıl almayacak derecede küçüktür. Eğer çekirdeği bir bilye kabul ederek Eminönü meydanına koysak onun etrafında dönen en yakın elektronu Pendik’e koymak gerekir. Bu şekilde bilyenin küçüklüğü ile Pendik’e koyduğumuz elektronun küçüklüğünü takdir edebilirsiniz. Meselâ bir gram ağırlığındaki hidrojen gazında altıyüzbin milyarı yine altıyüzbin milyarla çarparsak çıkacak rakam kadar atom bulunmaktadır. Eğer bu kadar taneleri kum taneleri kabul edersek bu miktar tam Türkiye topraklarını elli metre kalınlığında bir tabaka şeklinde kaplamaya kâfi gelecektir. Bugün atomun bünyesinde saklı muazzam kitle enerjisini serbest hale getirmek atom bombasında mümkün olmuştur. Gemilerin yürütülmesinde de keza bu enerjiden faydalanılmaktadır.

Atomun fotoğrafının çekilmesine gelirsek: Müller’in klişeleri, bir metalin yüzeyindeki atomdan sonra gelen detayları, yani elektronları, çekirdeği göstermektedir. Ama maddenin yapısını gösteren fotoğrafı çekmeyi başaran Müller’e bilginler bilimde bir duvarı aşmıştır demektedirler. Bu bilgin bu alanda bir kapıyı aralamıştır.

Müller mikroskobunu nasıl yapmıştır?

Şimdiye kadar kullanılmakta olan, birkaç mercekten yapılmış alelade mikroskopların göstermesinde bir sınır vardır. Merceklere ne kadar hassas şekil ve kabarıklık ya da çukurluk verilmiş olursa olsun belirli bir gösterme sınırlarını optik sanayi aşamamıştır. O halde bu işe başka bir yol aramak gerekmektedir. Müller böyle düşünmüştür. Çünkü merceklerin maddesinin tabiatından doğan ışığı geçirme gücü ile ışığın kendi tabiatı yani dalga boyu bu yolda daha ileriye gitmeye engel oluyordu. Meselâ iki nokta arasındaki mesafe bir milimetrenin on binde ikisine düşerse artık imajlar birbirine karışıyor, ayırt etmek mümkün olmuyordu. Bu güçlük, çok kısa dalgalı ışık vermek suretiyle yenilebiliyordu. Meselâ elektron mikroskobunda kısa dalgalı elektron huzmesi bu işi görmektedir. Fakat burada yine merceklerin yapısı, maddeyi yeteri kadar büyük göstermeyi önlemektedir. Bu yol da maddenin bünyesini görmek için yeterli olmamaktadır. Müller elektron mikroskoptan öteye geçmesini bilmiş, mercekleri aşmayı başarmıştır.

Bunu nasıl yapmıştır?

Müller, bundan 60 yıl önce gayet basit bir elektronik mikroskop icat etmişti. Boş bir tüp içine çok küçük, bir toplu iğne başı kadar ve kubbemsi bir metal parçası koyuyordu. İnce bir metal levhaya toplu iğne batırıyor ve iğnenin metali delmek için yırttığı ve arkaya devirdiği küçük bombe parçayı alıyordu. Bir nokta kadar küçük olan bu parçanın yüzeyine 10 santim kadar mesafeye flüoresan bir ekran koyuyor; ekranı da pozitif bir kutba bağlıyordu. Negatifin ucuna da iğne gibi sivri bir uç takarak tüpün içine serbest bırakıyor ve tüpe milyonlarca volt kudretinde cereyan veriyordu ki, buradaki elektrik alanı iğnenin santimetre karesine 40 milyon volt isabet edecek kıymette oluyordu. Bu kudret, metal parçacığındaki atomlardan elektron sökebilecek bir kudrettir. Sökülen elektronlar parçacığın yüzeyine dikey olarak sıçramakta ve ekrana çarpmaktaydılar. Bu durum parçacığın yüzeyinde bir projeksiyon yaratmakta ve onu bir milyon defa büyütmekteydi. Bu imajın fotoğrafının çekilmesine rağmen yine de atomları görmek mümkün olamıyordu.

Müller düşündü ki, sıçrayan elektronlar az da olsa ışığı kırıyorlar ve ekrana tam ışık veremiyorlar. O halde bunların ışığı kırma özelliğini tamamen ortadan kaldırmak lâzımdı. Bu nasıl olacaktı? Fotoğrafı çekilecek olan metal parçacığından değil de başka bir maddeden çok miktarda elektronlar koparmalı ve bunlarla parçacığın üstüne, yani ekranla parça arasına elektronlardan müteşekkil yoğun bir düzey yaratmalıydı. Bu yüzey yoğun olunca tam olması bile kırdığı ışıkları birbirine aksettirerek oldukça dikey bir duruma getirecekti. Bunun için bir de o elektronların fazla hareketli cinsten olmaması, ağır olması gerekiyordu. Bunları nerede bulmalıydı. Bunun için düşündüğü elektronları bulup onlardan bir yüzey yaparak fotoğraf çekmeyi tecrübe etmek istedi.

Bu elektronlar yoğunluğu çok azaltılmış bir gazda bulunmaktadır. Pozitif kutba bağlanıp, atomlar arasındaki mesafe 5 – 10 angström’e indirilmişse (ki bir angström 1 milimetrenin 10 milyonda biridir) yüksek cereyan yardımı ile atomlardan elektronla kopar, fotoğrafı çekilmek istenen metal parçacığı üzerinde elektronlardan yoğun bir yüzey meydana gelir. Bu elektronlar iyonize olmuşlardır. Metal parçacığın atomlarını şiddetli tahrik ederler ve atomlar dikey olarak gelip ekrana çarparlar ve orada iz bırakırlar. Bu iz atomların fotoğrafı olur.