COMPTON, Arthur Holly (1892-1962)
ABD’li fizikçi. X ışınlarının elektronlardan saçılırken parçacık özelliği gösterdiğini kanıtlayan Compton Olayı’nı bulmuştur. 1927’de Nobel Fizik Ödülü’nü kazanmıştır.
10 Eylül 1892’de Ohio Eyaleti’nin Wooster kentinde doğdu. 15 Mart 1962’de California Eyaleti’ nin Berkeley kentinde öldü. Presbiteryen rahibi olan babasının felsefe profesörlüğü yaptığı Wooster Kole-ji’nden 1913’te mezun olan Compton, 1916’da Princeton Üniversitesi fizik bölümünden doktora aldı. Daha sonra bu bölümün başkanlığını ve Massachusetts Institute of Technology’nin rektörlüğünü yapacak olan ağabeyi Kari Compton da (1887-1954) aynı kurumda fizik doktorasını tamamlamıştı. Bir yıl Minnesota Üniversitesi’nde fizik öğreten Compton, 1917-1919 arasında Westinghouse şirketinin araştır-ma-geliştirme bölümünde çalıştı. 1919’da Ingiltere’ye giderek Cambridge Üniversitesi’ndeki Cavendish La-boratuvarı’nda J.J. Thompson ve E. Rutherford’un anında bir yıl araştırma yaptı. ABD’ye döndüğünde, Missouri Eyaleti’nin St.Louis kentindeki Washington Universitesi’nde Wayman Crow fizik profesörlüğüne ve fizik bölümü başkanlığına getirildi. Compton Olayı diye anılan buluşunu 1922’de burada yaptı. 1923’te R.A. Miliikan’m ayrılması üzerine Chicago Universitesi’nde fizik profesörlüğüne getirildi. 22 yıl kaldığı bu üniversitede, 1929’da Charles H. Swift Mümtaz Hizmet profesörlüğüne getirildi. 1927’de C.T.R. Wilson ile Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı. 1941-1945 arasında, ABD’nin atom bombasını geliştirmeye yönelik Manhattan Projesi’nde metalürji laboratuvarmı yönetti, Chicago Üniversitesi’nde, Plütonyum üretimi amacıyla ilk kontrollü çekirdek (nükleer) reaktörünün Enrico Fermi ve diğer fizikçiler tarafından kurulmasını sağladı. 1945’te araştırma yaşamını bırakarak, Washington Universitesi’ne rektör oldu. 1954’te-emekli olduktan sonra, konferanslar vermeyi sürdürdü.
X-ışını kırınımıyla kristallerdeki elektron yoğunluklarının dağılımını ölçmeyi amaçlayan doktora tezi, Compton’un yıllarca uğraşacağı X-ışınları üzerindeki araştırmalarının başlangıcı oldu.Minnesota’da X-ışınlarının manyetik kristallerden saçılmasını incelerken, ferromanyetizmanm elektronların yörünge hareketlerinden çok, kendilerine özgü bir iç mıknatıslıktan kaynaklanması gerektiğini öne sürdü. (Bunun deneysel olarak kesin kanıtını 1930’da geliştireceği iki kristalli X-ışını spektrometresiyle gösterecekti.) Elektronun bu iç mıknatıslığının, fiziğin bugünkü gelişmesinde “spin” adıyla çok önemli bir yeri vardır.
Compton’un Westinghouse’dayken metal buharlı lambalar üzerinde yaptığı çalışmalar daha sonra geliştirilen flüorışıl aydınlatmanın temelini oluşturdu. Burada X-ışınları üzerine araştırmalarını da sürdürdü. Gözlemlediği soğurma ve saçılma sonuçlarının, J.J. Thompson’ın klasik saçılma kuramıyla bağdaşmasını sağlamak için elektronun sonlu bir yarıçapı olması gerektiğini önerdi.
Compton bu konularda araştırma yapmak üzere gittiği Cavendish Laboratuvarı’nda Thompson, Rutherford ve birçok genç fizikçi ile birlikte çalıştı; bu laboratuvarda yeterince şiddetli X-ışmı kaynağı bulunmadığından,- radyoaktif elementlerin saldığı tek enerjili gamma ışınlarının saçılmalarını inceledi. Daha sonra St.Louis’de,Cavendish’deki gamma ışını deneylerinden esinlendiği şekilde, bir kristalden “Bragg Yansımaları” ile elde ettiği tek enerjili X-ışınlarının, karbon gibi hafif elementlerden saçılmalarını incelemeye başladı. Saçılan X-ışmlarınm dalgaboylarmda görülen artışın yalnızca saçılma açısına bağlı oluşu, yani, kullanılan X ışınlarının dalgaboyundan ve saçılmaya yol açan elementin cinsinden bağımsız oluşu nedeniyle hiç beklenmedik sonuçlar veren bu deneylerle Compton Olayı ortaya çıkmaktaydı. Compton, kristalden Bragg yansıması biçiminde kırınıma uğrayarak gelmesi ve elektromanyetik dalga olması gereken X-ışınlarının parçacık nitelikli davranışlarını ancak Planck-Einstein kuvantal kuramı yardımıyla açıklayabildi. Bu amaçla özel görelilik kuramına da önemli bir biçimde yer vermesi gerektiğinden, o sıralarda ikisi de tartışma konusu olan bu kuramlara dayandığı gerekçesiyle açıklamasını kabul ettirmesi vakit aldı. Özellikle W. Duane, Harvard Universitesi’nde, Compton’un deneylerini yinelediğinde aynı sonuçları alamadığı için Compton’un açıklamasına karşı gelmekteydi. 1924’te Toronto’da yapılan bir konferansın özel bir oturumunda, Compton’un olayı çok açık ve anlaşılır bir biçimde sunması, hemen hemen herkesi ikna etti. Duane’in konferansın hemen ardından yinelediği deneylerde Compton’unkine benzer sonuçlareldeetmesiylebutartışma sona erdi.Compton’ un olayı açıklamak için yaptığı hesaplar, X-ışınınm çarptığı elektronun da çarpışmadan sonra belli bir açı ve hızla fırlaması gerektiğini gösteriyordu. Bunu da C.T.R. Wilson kendi buluşu olan “sis odası” içinde, fırlayan elektronu gözleyerek doğruladı. Compton Olayı’nın asıl ayrıntılı açıklaması, 1928’den sonra Dirac’ın kuvantum elektrodinamiği üzerine çalışmalarıyla mümkün oldu.
Compton’un Chicago’daki X-ışım araştırmaları, daha çok X-ışınlarının dalga özelliklerini vurgulayan çalışmalardı. X-ışınlarının çok küçük açılarla üzerine düştüğü cilalı yüzeylerden, ışığın kırılma yasası gereğince yüzeyin içine geçmeden tümüyle yansıdığını ve gene ışık gibi, çizgili kırımın şebekelerinden, ancak yeterince küçük açıyla geldiklerinde kırınıma uğradığını gözledi. Özellikle ikinci bulgu, X-ışınlarımn dalgaboylarının duyarlı bir şekilde ve daha önce kullanılan bağıl yöntemlerdeki gibi bağıl değil, mutlak olarak ölçülmesini sağladı. Bu biçimde ölçülen dalgaboyu, Bragg yasasında tersine kullanılarak kristalin boyutsal özelliklerinin, bundan kalkarak da Avogadro sayısının (bir molekül-gram maddedeki molekül sayısı) ve elektron yükünün bulunmasına temel oluşturdu.
Compton daha sonra araştırmalarım kozmik ışınlara yöneltti. Bunda yüksek enerjili gamma ışınlarının elektronlorla çarpışmalarım incelemek amacı etkendi. Bu araştırmaları için gerekli verileri toplamak üzere dünyanın çeşitli yörelerine ölçüm gezileri düzenledi. Bulguları, birincil kozmik ışınların, genel beklentilerin ve Millikan’m öne sürdüğü savın aksine gamma ışınları değil, yüklü parçacıklar, özellikle protonlar içerdiğini gösteriyordu. Yerin manyetik alanı etkisine girdiklerinde bu yüklü parçacıkların dağılımlarının, Doğu-Batı bakışımsızlığı gösterdiği ve kutuplara doğru yoğunluğunun arttığı, Compton’un öğrencisi L.W. Alvarez’in ölçümleriyle saptandı. Ayrıca Compton, şiddet dağılımlarının atmosferdeki sıcaklık ve basınç değişmeleriyle önemli farklılıklar gösterdiğini de buldu.
Compton, II. Dünya Savaşı sırasında ABD’nin atom bombası geliştirme projesine önemli katkıda bulundu. Atom bombası üretmenin olanaklarını araştıran önde gelen bilim adamlarından biri olarak, ABD’nin bu konuda öncülük etmesi gerektiğini savundu. Bombayı üretme kararıyla birlikte de dört yıl süreyle Plütonyum Araştırma Projesi’ni yöneterek üretime fiilen katıldı. Savaşın sonlarına doğru, bombanın kullanılmasına ilişkin karar sürecinde kişisel görüşü alındığında, Japonya ile savaşın erken biteceği gerekçesiyle Hiroşima’ya atom bombası atılmasını destekledi.
Compton Olayı, bir X-ışını fotonunun, bir elektrondan saçılarak yön ve dalgaboyu değiştirmesi olarak bile, Einstein-Planck kuramıyla özel görelilik kuramının geçerlilikleri açısından çok önemlidir. Ancak asıl önemi, 1925-1928 arasında Heisenberg-Schrödinger-Born-Dirac tarafından temelleri atılan
modern kuvantum fiziğinin en temel ilkelerinden birisi olan ve fizikte yeni bir çığır açan Heisenberg’in ünlü belirsizlik ilkesinin belirlediği bir “elementer etkileşme” olmasıdır.
• YAPITLAR (başlıca): X-Rays and Electrons, 1926, (“X-Işınları ve Elektronlar”); X-Rays in Theory and Experiment (S.K. Allison ile birlikte), 1935, (“Kuramsal ve Deneysel Yönleriyle X-ışmları”).
• KAYNAKLAR: M. Johnston (der.), The Cosmos of Arthur Holly Compton, 1967.
Türk ve Dünya Ünlüleri Ansiklopedisi