Atomların dolaysıyla maddenin hiçbir zaman basite indirgenemeyeceğini, bu nedenlerle rastlantılarla oluşamayacağını anlamak için bu konuyu biraz daha açmakta sayısız faydalar vardır.
Atom içi parçacıklar son derece zengin ve çeşitlidir.
Fotonlar dışındaki parçacıkları hadronlar ve leptonlar olarak iki kategoriye ayrılabilir.
Şiddetli kuvvet etkileşimi yapan parçacıklara hadronlar denir.
Hadronlar da mezonlar ve baryonlar olmak üzere iki bölüme ayrılır. Mezonlar ve baryonlar da kendi aralarında da kütle ve spinlerine göre gruplandırılırlar.
Proton, nötron gibi diğerlerine göre nispeten ağır parçacıklar baryonlar grubundandır.
Öteki baryonlar, lambda, sigma ve diğer ağır parçacıklardır.
Proton dışındaki tüm baryonlar en son ürünleri proton içerecek şekilde bozunurlar. Bu parçacıklar üç kuarkın bileşimiyle oluşur. (Kuarklar bölümüne bakınız)
Mezonlar iki kuarktan oluşmuş atom içi parçacıklardır.
Bu gruptaki parçacıkların hepsi sıfır veya tamsayı (0 veya 1) spinlerine sahip, kütleleri elektron kütlesi ile proton kütlesi arasında olan yarı ağır parçacıklardır.
Bu grup parçacıklar ağır parçacıklardan oluşan baryonlarla hafif parçacıklardan oluşan leptonlar arasında bulunur.
Tüm mezonlar sonunda elektrona, protona, nötrino ve fotona bozunur.
Pionlar bu grubun en hafif parçasıdır. Bir pionun kütlesi proton kütlesinin yedide biri, elektron kütlesinin 270 katıdır.
Bir lepton olan müonun kütlesi pionunkine çok yakındır.
Kütleleri baryonlarla karşılaştırılabilecek birçok mezon vardır.
Yakınlarda keşfedilen bir lepton olan tau’nun kütlesi protonunkinden büyüktür.
Bu nedenle atom içi parçacıkları kütlelerine göre tasnif etmek son derece hatalıdır.
Elektronlar lepton grubundan atom içi parçacıkların hemen, hemen en hafifi, kütle bakımından en küçüğüdür.
Lepton, Yunanca hafif parçacık demektir. Bu parçacıklar atomun gerçek parçacıkları denilebilir.
Bunun nedeni de baryonlar mezonlar gibi diğer parçacıkların, bu parçacıkların çeşitli şekil ve spinlerde birleşmeleri sonucu orta çıkmış olmalarıdır.
Lepton grubunun üyeleri çoksa da en çok bilinen üyeleri elektronlar, preonlar, gluonlar, nötrinolar ve muonlardır. Fakat nötrinolar ve muonlar günlük olaylarda pek görünmezler.
Çevremizdeki maddeler leptonlardan oluşmaktadır denilebilir.
Leptonların en aktif bileşeni kuarklar (kuarklar preonlardan oluşur ve altı çeşittir.) bir araya gelerek mezonlarla baryonları, baryonlar bir araya gelerek çekirdekleri, çekirdekler ve elektronlar bir araya gelerek molekülleri, moleküller bir araya gelerek çevremizdeki maddeleri ve organizmaları oluşturur.
Bütün bunlara son dönemlerde keşfedilen bozonları ve heblonları da ilâve etmek gerekir.
Maddenin Son Yapıtaşları'nın yazarı ve 1999 Fizik Nobel ödülü sahibi Gerard’t Hooft atomun karmaşık yapısını şöyle anlatıyor:
-Kozmik Kod'un yazarı Heinz Pagels, Evreni, içindeki sözcüklerin atom olduğu dev bir kütüphaneye benzetir. Bu sözcükler, yani atomlar, kuark, lepton ve gluon denen harflerden oluşur. Atomlar, kendi özel gramerleriyle yani kuantum yasalarıyla molekül denen tümceleri oluşturur. Bu yüz kadar sözcükle yaratılmış Evren kitabının harikalığına bakın.
Felsefedeki değişimin öncüsü, yeni görüngüleri açıklamak için özgürce yeni parçacıklar varsayma sürecini başlatan kuramcı Hideki Yukawa (1907-1981) idi.
Yukawa 1935’te proton ve nötronlar arasında bir tür parçacık değiş tokuşu olduğunu düşündü. Pionlar adı verilen bu parçacıkları nesnel bir kanıt olmamasına rağmen öngörmüştü.
Yukawa,1949’da mezonun varlığını öngörmesinden, ertesi yıl yani 1950 de Powell ve ekibi mezonu keşfettiklerinden Nobel ödüllerini aldılar.
1950’lerde 60’ların başlarında kuramcılar yüzlerce hadronu (Orta büyüklükte atom içi parçacıklar grubunu) sınıflandırmak, maddenin bu yeni katmanında bağlantılar ve özellikler arıyorlardı.
Hadron bir yandan heyecan vericiydi; ama öte yandan da baş ağrısıydı.
Bunun nedeni de şüphesiz ki atomlar, dolaysıyla atomlar konusunun Thales’in, Empedocles’in, Democritos gibi düşünürlerin öngördükleri basitlikten çok uzak olmasıdır. Bu basite indirgemeyi materyalizmde de görmekteyiz.
Bir bakıma atom içi parçacıklar zenginliği ve çeşitliliği nedeniyle yönetilmekten aciz kalınan bir hayvanat bahçesi gibidir.
Bu hayvanat bahçesini yönetmenin tek yolu da evrendeki tüm maddeleri oluşturmak için gerekli parçacıkları ve bu parçacıkları etkileyen kuvvetleri içeren standart bir modelin oluşturulmasıdır.
Bu model muhakkak ki her madde türünün kendine özgü görünmez atomları olduğu ve atomların birbirleriyle tamamlayıcı biçimleri yüzünden birleştiğini varsayan Democritos’un modelinden daha karmaşık olacağı kesindir.
Öngörülmeye çalışılan standart modelde madde parçacıkları birbirine daha başka parçacıklarla taşınan üç farklı kuvvetle bağlanır.
Tüm bu parçacıklar birbirleriyle matematiksel olarak betimlenebilen ama görselleştirilemeyen hareketlerle etkileşir.
Yapısal karmaşıklığına rağmen yine de standart model bazı bakımlardan Democritus’un öngördüğü atom modelinden çok daha basittir denebilir.
Bunun nedeni de her madde için ayrı atom yerine tek bir atom modelinin ön görülmesi; tüm maddelerin bu tek model atom modelinden meydana geldiğinin kabul edilmesidir.
Standard modelde her element için ayrı bir atom modeli düşünülmez.
Bir bakıma A elementi için ayrı B elementi (doksan iki elementin her biri) için ayrı atom modellerine gereksinimimiz yoktur. Tek bir atom modeli yeterlidir.
Doksan iki element ve bu elementlerin oluşturduğu milyonlarca bileşik bu atomlardan ve bu atomların meydana getirdikleri moleküllerden meydana geleceğinden bütün karmaşıklığına, ince ve hassas düzenlerine rağmen bilimsel olarak daha kolay anlaşılıp ifade edilebilir.
Atom içi parçacıkların parçacıkları olarak niteleyebileceğimiz bu oluşumların en önemlisi şüphesiz ki kuarklardır. (Kuarklar bölümüne bakınız)
Kuark kuramı da protonun bir bileşik parçacık olduğunun kavranmasından gelişmiştir.
Bir atom çekirdeğinde proton ve nötronları birbirine bağlayan kuvvetlere güçlü kuvvetler ya da çekirdek kuvveti denir.
Güçlü nükleer kuvvetlere ilişkin kuantum parçacığının özelliklerini Japon fizikçi Hideki Yukawa (1907-1981) ortaya çıkarmıştır.
Bu parçacıklara, daha sonra pion denildi. Pionlar fotonlara benzerse de aralarında çok önemli farklar vardır.
Pionlar belirli bir kütleye sahiptir. Çok hızlı hareket ederse kütlesi artar.
Bu durum, foton için geçerli değildir. Fotonun kütlesi sıfırdır ve hızı artırılamaz.
Buradan anlıyoruz ki foton, hiçbir zaman durgun olamaz.
Fotonların hızı saniyede 300.000 km dir ama pionlar bu hıza asla ulaşamaz.
Böyle bir hıza erişebilmesi için piona (kütle sahibi olduğundan) sonsuz bir kinetik enerji verilmesi gerekir. Foton açısından kütle, kinetik enerji olarak değerlendirilebilir.
Pion, proton ve nötrondan hafif, elektrondan ağırdır.
Elektriksel yük bakımından artı, eksi elektrik yüklü ve yüksüz olmak üzere üç türlü pion vardır.
Fotonlar ise elektrik yönünden sıfır yani nötrdür.
Proton ve nötronlar yeterli enerjiyle birbirlerine çarptıklarında çoğu kez pionlar ortaya çıkar.
Pion fikri gerçekte bu tür parçacıkların gözlenemediği sadece kuramsal olarak var olduğunun düşünülebildiği bir zamanda, 1935’te ortaya atıldı. Nesnel olarak henüz ortada görünmezken, varlığı öne sürülüyordu.
Bu, kimi felsefecilerin hâlâ kavrayamadıkları, kavramaktan aciz kaldıkları bilimsel bir gerçektir.
Bir bakıma atom içi parçacıkların parçacıkları var oluşun sırlarını da beraberlerinde taşımaktadırlar.
Doğanın cömertçe sağladığı kozmik ışınlar, atom altı parçacıkları bize alıp getirmiştir denilebilir.
