Bonn Üniversitesi ve TU Darmstadt tarafından yapılan araştırma, eski ölçümlerin yorumlanmasında hatalar olduğunu gösteriyor. Birkaç yıl önce, yeni bir ölçüm tekniği, protonların muhtemelen 1990’lardan beri varsayıldığından daha küçük olduğunu gösterdi. Tutarsızlık bilim camiasını şaşırttı.
Bazı araştırmacılar parçacık fiziğinin Standart Modelinin değiştirilmesi gerektiğine bile inanıyorlardı. Bonn Üniversitesi ve Darmstadt Teknik Üniversitesi’ndeki fizikçiler, daha eski ve daha yeni deneylerin sonuçlarını öncekinden çok daha kapsamlı bir şekilde analiz etmelerini sağlayan bir yöntem geliştirdiler.
Bu aynı zamanda eski verilerden daha küçük bir proton yarıçapı ile sonuçlandı.
Bu nedenle, hangi ölçüm yöntemini temel alırlarsa alsınlar, muhtemelen değerler arasında hiçbir fark olmayacağı ortaya çıkmış oluyordu.
Yapılan çalışma Physical Review Letters’da yayınlandı.
Çevremizde gördüğümüz her şey soluduğumuz hava, gece gökyüzündeki yıldızlar hepsi de elektron, proton ve nötronlardan oluşan atomlardan yapılmıştır.
Elektronlar negatif yüklüdür. Mevcut bilgilere göre, genleşmeleri de yoktur. Kütleleri vardır. Temel parçacıklar kategorisinde değerlendirilirler. Herhangi bir alt parçacığa sahip değildirler. Onları nokta benzeri olarak ta ifade edebiliriz.
Pozitif yüklü protonlar farklıdır – mevcut ölçümlere göre yarıçapları 0,84 femtometredir (femtometre bir metrenin katrilyonda biridir).
Ancak birkaç yıl öncesine kadar bunların 0,88 femtometre olduğu düşünülüyordu. Bu, uzmanlar arasında oldukça heyecan yaratan küçük bir farktı. Çünkü anlatmak o kadar kolay değildi. Hatta bazı uzmanlar bunun parçacık fiziğinin Standart Modelinin yanlış olduğunun ve değiştirilmesi gerektiğinin bir göstergesi olduğunu düşündüler.
Bonn Üniversitesi Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Prof. Dr. Ulf Meißner, “Ancak, analizlerimiz eski ve yeni ölçülen değerler arasındaki bu farkın hiç olmadığını gösteriyor” diye açıklıyor. “Bunun yerine, eski değerler, şimdiye kadar önemli ölçüde hafife alınan sistematik bir hataya maruz kaldı.”
Yani şöyle diyebiliriz. Herhangi bir şeyi ölçmediğimiz için, olağanüstü küçük bir şeyin ölçülmesi konusunda oluşan bu kafa karışıklığının normal olması gerek diye düşünülebilir. Çünkü parçacık yapıtaşımızı oluşturuyor. Bu kısa ara vermeden sonra tekrar yazımıza geri dönelim.
Protonun Yarıçapı Nasıl Belirleniyor?
Bir protonun yarıçapını belirlemek için, parçacık hızlandırıcılarında bir elektron ışını ile bombardıman edilebilir.
Bir elektron protonla çarpıştığında, her ikisi de hareket yönünü değiştirir.
Bunu tıpkı iki bilardo topunun birbirleri ile çarpışmasına benzetebiliriz. Fizikte bu işleme elastik saçılma denir. Momentum konusunda içerisinde işlenmektedir. Tabii lise düzeyinde işlenen konularda oluşan çarpışmalarda hesaplamalar Newton Mekaniği gözetilerek yapılır.
Proton ne kadar büyük olursa, bu tür çarpışmalar o kadar sık meydana gelir. Bu nedenle genişlemesi, saçılmanın türü ve boyutundan hesaplanabilir.
Elektron demetinin hızı ne kadar yüksek olursa, ölçümler o kadar hassas olur. Ancak bu, elektron ve protonun çarpıştıklarında yeni parçacıklar oluşturma riskini de artırır. Çünkü amaç burada yeni parçalar oluşmadan mevcut proton üzerinde ölçüm yapmaktır. Protonun yarı ömürleri olan kuarklardan oluştuğu da bilinmektedir. Elektron gibi temel bir parçacık değildir.
Elektron ve Protonun Elastik Çarpışması
Aynı zamanda Disiplinlerarası Araştırma Alanları “Matematik, Karmaşık Sistemlerin Modellenmesi ve Simülasyonu” ve “Maddenin Yapı Taşları ve Temel Etkileşimlerin” üyesi olan Meißner, “Yüksek hızlarda veya enerjilerde, bu giderek daha sık oluyor” diye açıklıyor.
“Buna karşılık, elastik saçılma olayları daha nadir hale geliyor. Bu nedenle, proton boyutunun ölçümleri için şimdiye kadar yalnızca elektronların nispeten düşük bir enerjiye sahip olduğu hızlandırıcı verileri kullanıldı.
Bununla birlikte, prensipte, diğer parçacıkları üreten çarpışmalar da protonun şekli hakkında önemli bilgiler sağlamaktadır.
Aynısı, yüksek elektron demet hızlarında meydana gelen başka bir fenomen için de geçerlidir. Buna elektron-pozitron yok oluşu diyebilirz.
Prof. Hammer, “Bu tür olayların proton yarıçapını hesaplamak için de kullanılabileceği teorik bir temel geliştirdik” diyor. “Bu, şimdiye kadar dışarıda bırakılan verileri hesaba katmamızı sağlıyor.”
Fizikçiler, bu yöntemi kullanarak, daha önce 0.88 femtometre değeri önerenler de dahil olmak üzere, daha eski ve çok yakın tarihli deneylerden elde edilen okumaları yeniden analiz ettiler. Ancak araştırmacılar, yöntemleriyle 0.84 femtometreye ulaştılar.
Yapılan bu ölçüm tamamen farklı bir metodolojiye dayalı yeni ölçümlerde de bulunan yarıçaptır.
Yani proton aslında 1990’larda ve 2000’lerde varsayıldığından yaklaşık yüzde 5 daha küçük görünüyor. Aynı zamanda, araştırmacıların yöntemi, protonların ve onların yüksüz kardeşleri olan nötronların ince yapısına dair yeni anlayışlara da olanak tanıyor.
Bu yüzden etrafımızdaki dünyanın yapısını biraz daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor. Oturduğumuz iskemle, soluduğumuz havayı ve evrenimizi daha iyi anlayabilir olacağız.
Kaynak: Physics Review Letters