Prototip Fizik Teorisi Olarak Kuantum Elektrodinamiği

İkinci dünya savaşından sonra yüzlerce fizik konferansı gerçekleşmiştir fakat onlardan yalnızca birisi en etkili şekilde dünya tarihine damgasını vurmuştur (bunu zaman zaman bilim insanlarından örnekler vererek açıklayacağım). 2, 3 ve 4 Haziran 1947 yıllında gerçekleşen bu konferans Shelter İsland’ta gerçekleşmiş bir konferanstır. Neden önemli derseniz; konu hidrojen gibi temel elementlerin detaylarını QED (kuantum elektrodinamiği) gibi bir kuramla ifade edilmesi ve daha fazla aydınlatılması esasıdır ve buna benzer birçok durum konferansın konusunu oluşturmuştur (fakat bizleri şuan için sadece hidrojen ve kuantum elektrodinamiği ilgilendiriyor) Hatta atom bombasının babası sayılan Oppenheimer bu konuda şunları ifade eder ‘Bugüne kadar katıldığımız en başarılı konferanstır’ der, buna benzer şeyleri Richard Feynman’da ifade etmektedir. Konferans en temel element olan hidrojenin enerji seviyeleri ve göze batmayan küçük ayrıntılarıyla başlar fakat bunlar önemli birer ayrıntıdır (bunu yazının içerisinde de göreceksiniz) Çünkü bu ayrıntılar temel olan bir şeyin açıklanmasına olanak tanımalı dolayısıyla daha büyük yapıların açığa çıkması için bu küçük ayrıntıların bilinmesi gerekir. Bu durumda kuantum elektrodinamiği denilen (yani foton ve elektron gibi madde parçacıkları arasındaki etkileşimi inceleyen bir kuram olarak) bir kuramla açıklanması durumudur. Burada başlangıç olarak yine Balmer serileri alınır ve bu durum dört Balmer serisine ayrılır (bunlar hidrojen: alfa, beta, gama ve teta serileridir) bunu daha sonra Michelson A:A diye ifade ettiği çok ince yapılardan oluşmuş boşluklardır. . Michelson bu durumu ölçmek için ise yüksek duyarlılıklı optik araç olan interferometre denilen bir alet kullanmıştır. 1913 yılında Niels Bohr kendi atom modelini geliştirmiş (ilk modern atom modeli) ve bu durum maalesef birçok olayı açıklasa da hidrojenin ince yapısını açıklayamamıştır. Bohr atom modeli sadece koşullanma için bir veri analizidir ve Sommerfeld bunu kendi atom modeline uyarlayarak daha iyi sonuçlar almasına neden olmuştur. Fakat yinede uyguladıkları yöntem hidrojenin spektrumlarından doğan bir durumun sonucuydu genel bir teoriyi açıkladıkları ifade edilemez. Buna rağmen Heisenberg ve Schrödinger hidrojenin kuantum kuramı üzerine sağlam bilgiler verdiler ama yinede spektrum üzerine herhangi bir şekilde açıklayıcı bir etki sağlayamadılar. Çünkü hidrojenin bu yapısına spin denilen bir iç özellik dahil oluyor ve bu da manyetik özellikleri etkiliyordu. Ne Heiseberg nede Schrödinger böyle bir özellikten bahsetmediler, gerçi spin Heisenberg’ten sonra keşfedildi fakat buna rağmen bu özellikle ilgili herhangi bir teori yoktur. Bunu ifade eden kişi Dirac olmuştur çünkü kuantum kuramı onun görelidir, yani görelilik kuramı ile kuantum kuramı evlidir onda ve dolayısıyla hidrojenin spektrumunu açıklamak için tutarlı bir teori sunmuştur ama yinede bir şeyler eksiktir burada, onu daha sonra Willis Lamb ifade edecek ve bu konuda Nobel Ödülü alacaktır. Lamb Berkeley’de önce kimya ile başlamış sonrada eğitimini fizik üzerine tamamlamıştır. Burada kendisi Kolombiya üniversitesinden bir davet alır ve burada radarlarda manyetron denilen bir aleti tasarlamak ve denemek üzerine çalışamalar yapmıştır. Çalışmalarına bu şekilde başlar ve daha sonra Rabi tarafından ifade edilen moleküler ışın deneylerinden haberdar olup, deneylerinde kullanılır. Lamb problemi kısaca şudur; Bir enerji seviyesinde (1s, 2s ve 3s diye devam eden bir orbital dizilimde) 1s temel düzeyde ve tek bir kuantum sayısı cinsinden ifadesi, diğer seviyede ise iki kuantum sayısına ayrılması (2s (1/2) 2p (1/2) gibi) ikinci kuantum sayısında belirsizlik oluşturur, yani enerji sapması bu durum iki enerji seviyesinin de aynı olması gerekirken (Dirac teorisinde olduğu gibi) bu durum Lamb ölçümlerinde farklıdır yani ikinci seviye (n=2) yarı kararlıdır, bu yarı kararlı durum arasındaki ayrım Lamb kayması olarak bilinir ve durum genel anlamıyla oturaklıdır, çünkü bu durum kimya gibi bir bilim dalının (abartılı olacak ama) enerji seviyelerindeki farklılığı da açıklamış olacaktır (hidrojen için) bu durum kuantum elektrodinamiği ile açıklanabilir, hatta çok ayrıntılı olmasın QED’in ve deneysel uyumun milyonda onluk bir sapma ile doğru ölçüldüğü doğrudur. Diğer yandan elektromanyetik alan kuantum kuramıyla açıklanmalı ve dolayısıyla kuantlaşmış elektromanyetik alan içerisinde de dört temel etken bulunmalı; bunlar sırasıyla; İlki; elektronun kendi alanıyla girdiği etkileşimdir ki; bu durum elektronun manyetik momentini belirler. İkincisi; Elektromanyetik alanın kuvvet taşıyıcı parçacıkları olan fotonlar, çekirdek etrafında kendiliğinden elektron ve pozitron üretebilirler ve bu durum negatif elektrik yüklü elektron ile, pozitif elektrik yüklü pozitronun çekirdeği çevreleyen uzayı kutuplaştırır ve hidrojenin elektronunu çekirdeğinden koruyan bir kalkan haline gelir. Üçüncüsü; Elektronu çevreleyen boşlukta dalgalanmalar onun hareketini ve kinetik enerjisini değiştirir ve sonuncu olarak; protonun büyüklüğüne, elektrik yükünün dağılıma, kütlesine ve hareketine yönelik düzeltmelere ihtiyaç duyulabilir. Lamb’ın bu uyum durumu hem kuantum elektrodinamiğinin bir başarısı hem de Lamb’ın çok detaylı olarak deneysel çalışmalarının bir sonucu olarak düşünebilir.
İsmail Çelik hakkında 217 makale
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi (Chemistry)

İlk yorum yapan olun

Bir yanıt bırakın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.


*