How big is Helyum Çekirdeği?

Helyum çekirdeği, helyum atomunun merkezidir ve iki proton ile iki nötrondan oluşur. Çapı yaklaşık 3,4 femtometredir ve yük yarıçapının, yani elektrik yükünün ortalama yarıçapının iki katı olarak ölçülür. Bir femtometre, bir metrenin milyarda birinin milyonda biridir (10⁻¹⁵ metre). Helyum çekirdeğine alfa parçacığı da denir.

Boyut

Bir çekirdeğin sert bir kenarı yoktur; bu yüzden büyüklüğü yük yarıçapı olarak verilir. Helyum çekirdeği için ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nün (NIST) listelediği önerilen değer 1,6785 femtometredir. Buna göre çapı 3,36 femtometredir.

En hassas ölçüm, çevresinde iki elektron yerine tek bir müon dönen helyum çekirdeklerini kullandı. Müon, elektrona benzeyen ama yaklaşık 200 kat daha ağır bir parçacıktır. İsviçre’deki Paul Scherrer Enstitüsü’nde çalışan bir ekibin 2021’de bildirdiği sonuç 1,67824 femtometre oldu. Sonuç, helyum çekirdeklerine elektron fırlatan önceki deneylerle uyumludur ve onlardan 4,8 kat daha hassastır.

Helyum çekirdeği alışılmadık derecede sıkıdır. Yalnızca bir proton ve bir nötron içeren, hidrojenin ağır bir biçimi olan döteryumun çekirdeğinden bile daha küçüktür.

Boyut karşılaştırmaları

Bir helyum çekirdeği, çapı yaklaşık 1,7 femtometre olan tek bir protonun yaklaşık iki katı genişliğindedir ve kütlesi de yaklaşık dört katıdır.
Bir uranyum çekirdeği, helyum çekirdeğinden yaklaşık 60 kat daha fazla proton ve nötron içerir, ama yalnızca yaklaşık 3,5 kat daha geniştir.
Bir helyum çekirdeği bir basketbol topu büyüklüğüne büyütülse, aynı ölçekteki bir hidrojen atomu yaklaşık 7,6 kilometre çapında olurdu.
Yan yana dizilen yaklaşık 30 milyar helyum çekirdeği, yaklaşık 0,1 milimetre olan insan saçının kalınlığını baştan başa kaplardı.

Alfa parçacıkları

Uranyumun doğada bulunan üç türü de dahil, birçok ağır radyoaktif atom, bir helyum çekirdeği fırlatarak bozunur. Buna alfa bozunumu denir. Helyum, Dünya’nın kütle çekiminin onu milyarlarca yıl boyunca atmosferde tutamayacağı kadar hafiftir. Havadaki helyum neredeyse tamamen katı Dünya’nın içindeki alfa bozunumundan gelir.

Alfa parçacıkları, çekirdek fiziğinin ilk araçları arasındaydı. 1919’da Ernest Rutherford alfa parçacıklarını azota doğru fırlattı ve azot çekirdeklerinden protonlar kopardı. 1930’da berilyum metaline doğru fırlatılan alfa parçacıkları nüfuz edici bir ışınım ortaya çıkardı; James Chadwick 1932’de bu ışınımın nötronlardan oluştuğunu gösterdi.

Adını Güneş’ten alıyor

Helyum, Dünya’da bulunmadan önce Güneş’te bulundu. 1868’de Fransız gökbilimci Pierre Janssen, bir güneş tutulması sırasında Güneş’ten gelen ışıkta helyumu saptadı. İngiliz gökbilimci Joseph Norman Lockyer helyumu bağımsız olarak buldu ve Güneş için kullanılan Yunanca “helios” sözcüğünden yola çıkarak ona bu adı verdi. 1895’te İskoç kimyager William Ramsay helyumu Dünya’da, kleveit denen bir uranyum mineralinde buldu.