Galyum ilginç bir malzemedir. Nispeten düşük erime noktası onu sıvı hale getireceğinden, ellerinizle dokunmadığınız sürece katıdır. Galyumun iki kararlı izotopundan biri olup fizikçiler için başka bir avantajı daha vardır: Güneş nötrinolarını incelemek için kullanılabilir. Ve bu sayede fizikçiler tüm modern fiziği sarsabilecek bir gizeme rastladılar.
Galyumun tanımı ve özellikleri
Galyum, sembolü Ga ve atom numarası 31 olan kimyasal bir elementtir. Geçiş sonrası metaller grubuna ait yumuşak, gümüşi beyaz bir metaldir. Galyum hakkında bazı önemli gerçekler:
Fiziksel Özellikler: Galyumun erime noktası 29,76 °C’dir (85,57 °F), bu metaller için alışılmadık derecede düşüktür. Aynı zamanda elektriği ve ısıyı da iyi iletmez.
Dağılım: Galyum doğada nadirdir ve yer kabuğunun yalnızca %0,0019’unu oluşturur. Genellikle çinko cevherlerinde küçük miktarlarda bulunur ve çinko üretiminin bir yan ürünü olarak çıkarılır.
Kullanımı: Eşsiz özellikleri nedeniyle galyumun geniş bir uygulama yelpazesi vardır:
Elektronik: Galyum arsenit (GaAs) yarı iletkenleri, mikrodalga amplifikatörleri, uydu iletişimleri ve radar sistemleri gibi yüksek frekanslı cihazlarda kullanılır.
LED’ler: Galyum nitrür (GaN), mavi ve yeşil LED’lerin yanı sıra lazer diyotlarda da kullanılır.
Alaşımlar: Galyum, termometreler ve diğer cihazlardaki cıvanın yerine toksik olmayan bir alternatif olan B. Galinstan gibi düşük erime noktalı alaşımların yapımında kullanılır.
Tıbbi Kullanım Alanları: Galyum, potansiyel antikanser ve antibakteriyel özellikleri açısından incelenmiştir ve bazı tıbbi implantlarda ve cihazlarda kullanılmaktadır.
İlginç Gerçekler: Galyumun aşağıdakiler de dahil olmak üzere bir dizi olağandışı özelliği vardır:
Büzülen çoğu metalin aksine, katılaştıkça genişler.
Daha düşük erime noktalarına sahip malzemeler üretmek için diğer metallerle alaşım yapılabilir.
Yüksek kaynama noktasına sahiptir, bu da onu yüksek sıcaklık dayanımının gerekli olduğu uygulamalarda kullanışlı kılar.
Sorun galyum değil. Parçacık fiziğinin Standart Modeli muhtemelen insan zihninin şimdiye kadar yarattığı en iyi teorilerden biridir, ancak sınırlıdır. Bunu biliyoruz; ancak sınırların gerçekte nerede olduğundan ve bunların ötesine ne geçtiğinden emin değiliz. Sıvı metalin bazen devreye girdiği yer burasıdır.
Üç nötrino türü hakkında bilgi edinin
Bir galyum-71 atomu elektron nötrinolarıyla etkileşime girdiğinde germanyum-71 ve bir elektrona bozunur. Galyumun aksine, germanyum-71 kararsızdır ve 11,4 günlük bir yarılanma ömrüyle galyuma geri döner; bu hem kullanışlı hem de ölçülebilir bir süreçtir.
Nötrinolar tuhaf küçük parçacıklardır. Bilinen üç nötrino türü vardır: elektron nötrinoları, müon nötrinoları ve tau nötrinoları. Bunlar sözde tatlardır. Elektrik yükleri yoktur ve kütleleri o kadar küçüktür ki, uzun süre kütlesiz oldukları düşünülmüştür. Galaksiler arası mesafeleri kolaylıkla katedebilirler. Her saniye vücudunuzdan 100 trilyon nötrino geçiyor ama siz bunu hissetmiyorsunuz. Nötrinolarla etkileşim nadiren meydana gelir.
Bunlar, Güneş’in merkezindeki nükleer füzyon reaksiyonu da dahil olmak üzere sayısız fiziksel olaydan kaynaklanmaktadır. Ama hareket ettiklerinde bir şeyler olur. Şekillerini değiştirirler. Elektron nötrinolarından müon nötrinolarına, oradan tau nötrinolarına ve tam tersi şekilde hareket ederler. Bu dalgalanmalar arasındaki ilişki gözlemler ve teoriler kullanılarak kolaylıkla tahmin edilebilir.
Ve işlerin daha da karmaşıklaştığı yer burası. Çünkü galyum deneyleri yeterli miktarda germanyum üretmiyor.
Deneyler teoride bir şeylerin eksik olduğunu gösteriyor.
Bir şeyler olduğu bilgisi, 1989’da başlayan ve onlarca yıl süren Sovyet-Amerikan galyum deneyinin sonuçlarından geldi. Sadece iki yıl sonra İtalya’da GALLEX adlı başka bir deney başlatıldı. Her ikisi de üretilen germanyum miktarında eksiklik olduğunu gösterdi. Bu bir galyum anomalisidir.
Shakespeare’den yanlış alıntı yaparsak: hata yıldızımızda değil, element seçimimizdedir. BEST (Baksan Steril Geçiş Deneyi) adı verilen daha sonraki bir çalışmada galyum, radyoaktif krom (yoğun bir nötrino kaynağı) kullanılarak nötrinolara maruz bırakıldı. Amaç, sorunun güneş enerjisi beklentilerinden kaynaklanıp kaynaklanmadığını bulmaktı. Burada da germanyum-71’in verimi beklenenden düşüktü; yüzde 20-24 daha düşük.
Diğer bir olasılık ise nötrinolar ile galyum arasındaki etkileşimin tam olarak anlaşılamamış olabileceğiydi. 2023 yılında anormallik düzeltilmeden bu durum açıklığa kavuşturuldu. Diğer bir alternatif ise germanyum-71’in yarı ömrüydü; belki de 11,4 günlük ölçüm yanlıştı. Ancak zamanla bu da geliştirildi ve önceki deneylerle tutarlı kaldı. Anormallik devam ediyor.
Girin: steril nötrino
Standard Model restoranında parçacıklardan oluşan gizli bir menü olduğunu ima etmek istemiyoruz. Bildiğimiz kadarıyla üç lezzet var. Ancak sınırlamalardan bahsettik. Başka parçacıkların da var olduğundan şüpheleniyoruz ve bunlardan biri, nötrinonun yalnızca yerçekimi yoluyla etkileşime giren bir versiyonu olabilir. Kütlesi elektronun kütlesinin yaklaşık beşte biri kadar olan steril bir nötrino’nun varlığı diğer deneylerle çürütüldü. Ancak BEST sonuçları aslında steril nötrinoların kütlesini artırdı.
Bu, steril bir nötrino’nun doğru cevap olduğu anlamına gelmez. Deneylerde bilim adamlarının yanlış anladığı başka özellikler de olabilir. Veya Standart Model’in ötesinde hala fizik gerektiren, tamamen farklı bir açıklama olabilir. Genel olarak galyum, benzersiz fiziksel ve kimyasal özellikleri nedeniyle elektronik, tıp ve diğer alanlarda geniş bir uygulama alanına sahip çok yönlü bir elementtir. Henüz bilmiyoruz ama bu kadar eğlenceli bir metalin evreni anlamanın yepyeni bir yolunun anahtarını taşıyabilmesi gerçekten şaşırtıcı.
Bu yazı nature adresinden derlenmiştir.