கடந்த தொடர்பில் கதிர்வீச்சுக்கள் தொடர்பான சில தகவல்களைப் பார்த்தோம். அதன் தொடர்ச்சி இனி.. இரசாயனவியலின் அடித்தளம் மூலகங்கள் (Elements) ஆகும்.

அணுக்கரு : நம் கண்ணுக்குத் தெரியும் சின்னஞ்சிறு உலகம் : பகுதி 7

எம்மைச் சுற்றி இருக்கும் பதார்த்தங்களின் மிகப் பெருமளவு இந்த மூலகங்களின் சேர்க்கையாக உள்ளது. இதிலும் முக்கியமாக கார்பன், ஹைட்றஜன், ஆக்ஸிஜன், நைட்ரஜன்

வெவ்வேறு விதங்களில் இணைந்து பல பதார்த்தங்களாக (Substance) உருவாகி உள்ளன.

20 ஆம் நூற்றாண்டு உதயமாகும் வரை அணுக்களை மாற்ற முடியாது என்ற நம்பிக்கை மிகத் தீவிரமாகக் காணப் பட்டது. கார்பன் அணுக்கள் கார்பனாகவும், ஈய அணுக்கள் ஈயமாகவும், தங்கம் தங்கமாகவும் மாத்திரமே இருக்கும் என்று இவை மாற்றமடையாது என்றும் கருதப் பட்டது. ரதர்போர்டு தனது சக மாணவர்களுடன் சேர்ந்து கனடாவில் மொன்றியல் நகரில் மேக்கில் பல்கலைக் கழகத்தில் நடத்திய ஆய்வில் இந்த நம்பிக்கையைத் தவறு என நிரூபித்தார். அதாவது கதிர்வீச்சு ஆனது ஒரு மூலகத்தை இன்னொரு மூலகமாக மாற்றமடையச் செய்யும் என அவர் கண்டறிந்தார். மேலும் எந்த ஒரு மூலகம் கதிர்வீச்சு காரணமாக இன்னொரு மூலகமாக உரு மாறுகின்றது என 

பல விஞ்ஞானிகள் தேடுதலை ஆரம்பித்தனர். ஆல்பா மற்றும் பீட்டா கதிரின் இயற்கை மற்றும் புதிதாகக் கண்டு பிடிக்கப் பட்ட காம்மா கதிரின் தன்மை இந்த உருமாற்றத்தைக் கண்டறிவதை இலகுவாக்கியது.

தொம்சனால் கண்டறியப் பட்ட பீட்டா கதிர்கள் எலெக்ட்ரிக் சார்ஜைக் கொண்டு செல்வதாகக் கருதப் பட்ட நிலையில் பின்னர் அவை எலெக்ட்ரான்களாக (Electrons) ஆக அடையாளம் காணப் பட்டது. இந்த எலெக்ட்ரான் ஆனது வலிமையான காந்தப் புலத்தில் இலகுவாக திசை திரும்பக் கூடியது என்பதுடன் அணுவை விட 1000 மடங்கு நிறை குறைந்தவையாகவும் கண்டறியப் பட்டது. 

மறுபுறம் ஆல்பா கதிர்கள் ஹீலியம் அணுக்கள் எனப் பிரகடனப் படுத்தப் பட்டது. இரசாயனவியலின் முக்கிய நம்பிக்கையான அணுக்கள் மாற்றமடையாது என்பதைச் சிதைத்த கதிர்வீச்சு வெளிப்பாடு, இன்னொரு முக்கியமான பௌதிகவியல் கோட்பாட்டுக்கும் சவாலான வழி வகுத்தது. பௌதிகவியலில் சக்தியானது எப்போதும் கூடவோ குறையவோ செய்யாது. மாறாக ஒரு தன்மையில் இருந்து இன்னொரு தன்மைக்கு மாற்றமடைய மட்டுமே செய்யும். இதனால் ஒரு பொறிமுறையிலுள்ள மொத்த சக்தி எப்போதும் மாற்றமடையாது. ஆனால் கதிர்வீச்சின் கண்டு பிடிப்பு அதாவது சக்தி எங்கிருந்து வருகின்றது என்று தெரியாமல் அது இழக்கப் படுவது என்பது விஞ்ஞானிகளைக் குழப்பம் அடையச் செய்தது. இதற்கான விடையை ஐன்ஸ்டீன் முதலில் மும்மொழிந்தார். அதாவது ஒரு மூலகம் கதிர்வீச்சு காரணமாக சக்தியை வெளியேற்றும் போது அது தனது திணிவில் சிறு இழப்பை ஏற்படுத்துகின்றது. தனது சார்புக் கொள்கை தொடர்பான கண்டுபிடிப்புக்களை ஐன்ஸ்டீன் வெளியிடும் போது மிகவும் பிரசித்தமான E=mc² என்ற சமன்பாட்டையும் ஐன்ஸ்டீன் முன்வைத்தார். சக்தி,திணிவு மற்றும் வெற்றிடத்தில் ஒளியின் வேகம் என்பவற்றை இந்த சமன்பாடு தொடர்பு படுத்துகின்றது.

1904 ஆமாண்டு ஐன்ஸ்டீன் தனது சார்புக் கொள்கையை முன்வைக்கும் முன்பே அணுசக்தி இன்னொரு பிரச்சினைக்கும் தீர்வைத் தந்தது. மிகச் சிறந்த பௌதிகவியலாளரான கெல்வின் தனது கணிப்பின் படி பூமியின் வயது 100 மில்லியன் வருடங்களுக்கு மேல் இருக்க முடியாது என்றும் இதை விட அதிகமாக இருந்திருந்தால் பூமியின் மையம் எப்போதோ நன்கு குளிர்வடைந்திருக்கும் என்றும் தெரிவித்திருந்தார். ஆனால் புவியியலாளர்கள் மத்தியில் இது கடும் விவாதத்தை ஏற்படுத்தியது. உயிரியலாளர்களுக்கு பூமியில் உயிர்ப் பரிணாமம் ஏற்பட்டிருக்க இன்னும் பல மடங்கு வருடங்கள் தேவைப் பட்டிருக்கும் என்பதை நன்கே அறிந்திருந்தனர். இந்நிலையில் ரதர்போர்டு ஆய்வு செய்த பூமியின் மிகப் பழமையான பாறை மாதிரிகள் கதிர்வீச்சை வெளிப்படுத்தி வரும் தன்மையைக் கொண்டு பூமியின் வயது 100 மில்லியனுக்கும் மிக மிக அதிகமாகவே இருக்கும் என்பதைத் தெளிவு படுத்தினார். 

சடப்பொருளின் உள்ளகக் கட்டமைப்பை கற்பது என்பது கதிர்வீச்சின் இன்னொரு முக்கிய உபயோகமாகும். இதன் விளைவே அணுக்கருவின் (Atomic Nucleus) கண்டுபிடிப்பாகும். மிகச்சிறிய உயிரினமான ஒட்டுண்ணியை விட மில்லியன் மில்லியன் தடவை சிறிதான ஆல்பா துணிக்கைகள் அதாவது ஹீலியம் அணுக்கருக்கள் அடையாளம் காணப் பட முடியும் என்பதே ரதர்போர்டின் சாதனையாக இருந்தது. இது சாத்தியமாகக் காரணம் கதிர்வீச்சாகும். நாக சல்பைட்டினால் (Zinc sulphide) ஆன திரை மீது ஊடுருவும் ஒரு தனித்த ஆல்பா கதிரானது ஒரு சின்ன வெளிச்சத்தை ஏற்படுத்தும். இந்த Flash வெளிச்சத்தை பார்ப்பதற்கான திறன் மனிதக் கண்களுக்கு மிகத் தீவிரமான உணர் திறனைத் தரக்கூடியது. அதனால் ஒரு இருட்டறையில் பல மணிநேரங்கள் இருந்து மனிதக் கண்கள் குறித்த வெளிச்சத்தைப் பார்க்கும் தன்மையைப் பெறும் வரை பொறுத்திருந்து பார்க்க நேரிட்டது. இதனால் மனித பார்வைத் திறனை விலை கொடுக்க வேண்டிய கட்டாய ஆனால் மகிழ்ச்சியான நிலையை ஆரம்ப கதிர்வீச்சு ஆய்வாளர்கள் எதிர்கொள்ள நேரிட்டது. ஆனாலும் அணுக்களது வெளிப்பாட்டை ஒத்துக் கொள்வதில் இன்னமும் பல விவாதங்கள் தொடர்ந்த வண்ணமே இருந்தன.

இதில் ஒரு மாடலாக தொம்சன் என்பவரின் plum pudding கட்டமைப்பு மும்மொழியப் பட்டது. அதாவது நேர் ஆற்றல் கொண்ட அணுக்களால் ஆன இந்த pudding இல் இடையிடையே காணப் படும் டாட்கள் எதிர் ஆற்றல் கொண்ட எலெக்ட்ரான்கள் என உருவகப் படுத்தப் பட்டது. இந்தக் கட்டமைப்பில் உள்ள பெரிய பலவீனமாக குறித்த ஒரு தொகுதியில் எத்தனை plumகள் உள்ளன என்பது தெரியாத நிலை இருப்பதும் இதனால் அணுக்கள் மொத்ததில் நடுநிலையானவை என்றும் கருதப் பட வேண்டி ஏற்பட்டதாகும்.

மேலும் தொம்சனின் மாடலில் நேர்மறை ஆற்றல் அணு முழுவதும் பரவிக் காணப்படும் என்றும் ஒரு இடத்தில் குவிந்து காணப் படாது என்றும் கருதப் பட்டது. இந்நிலையில் மிகச் சக்தி வாய்ந்த நுணுக்குக் காட்டிகள் வழியாகக் கூட நோக்க முடியாதளவில் மிகச் மிகச் சிறிய ஒரு தனித்த கூறு தான் அணு என்பதை அறிவது ஒரு கனவு போன்றே இருந்தது. ரதர்போர்டு மற்றும் அவருக்கு உதவி புரிந்த மாணவர்களான கெய்கர் மற்றும் மார்ஸ்டென் போன்றோர் நடத்திய ஆய்வுகளில் கதிர்வீச்சு இடத்துக்கும் நாக சல்பைட்டினால் ஆன திரைக்கும் நடுவே தங்க திரையை வைத்த போது ஆல்பா கதிர்களின் சிறு தொகுதி விலகிச் சென்றது. சிறிய ஆனால் குறிப்பிட்ட அளவு ஆல்பா கதிர்கள் மிகச் செறிவாக திசை திருப்பப் பட்டது. இது ஒரு திசு பேப்பரில் சுடப் பட்ட பதினைந்து இஞ்ச் ஷெல்லானது திசை திரும்பி திரும்ப வந்து உங்களைத் தாக்குவதற்கு சமம் என ரதர்போர்டு விளக்கினார்.

குறித்த ஆய்வுகளின் மூலம் மிக மிகச் சிறிய கனவளவில் அதன் மையத்தில் அமைந்துள்ள அணுக்கருவில் மொத்த அணுவின் மிகப் பெருமளவிலான திணிவும் செறிந்துள்ள நிலையிலும் அதனைச் சுற்றி முகில் போன்ற சக்தி மட்டங்களில் எலெக்ட்ரான்கள் காணப் படுவதாகவும் விளக்கப் பட்டது. இதன் விளைவால் தாம்சனின் மாடல் பின்னர் கைவிடப் பட்டது. ரதர்போர்டு மற்றும் அவரது மாணவர்கள் மேற்கொண்ட ஆய்வுகள் குறித்து மேலதிகத் தகவலுடன் அடுத்த தொடரில் பார்ப்ப்போம்.