Üzerinde oturduğumuz sandalye, soluduğumuz hava, gökteki yıldızlar… Hepsi atomlardan oluşuyor. Atomlar da elektron, proton ve nötronlardan meydana geliyor. Elektronlar negatif yüklü; elimizdeki mevcut bilgilere göre genişleme sergilemeyen, nokta benzeri yapılar. Pozitif yüklü protonlar ise farklı: Mevcut ölçümlere göre, çapları 0,84 femtometre (bir femtometre, bir metrenin katrilyonda biri).
Fakat birkaç yıl öncesine kadar, protonların 0,88 femtometre olduğu düşünülüyormuş. Aradaki bu ufak farklılık, uzmanlar arasında epey bir tartışma yaratmış. Çünkü bunu açıklamak pek kolay değil. Hatta bazı uzmanlar bu durumun, standart parçacık fiziği modelinin hatalı olup düzenlenmesi gerektiğini gösterdiğini bile düşünmüş. Bonn Üniversitesi Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsünde çalışan Prof. Dr. Ulf Meißner, “Fakat yaptığımız analizler, eski ve yeni ölçüm değerleri arasında hiç farklılık olmadığını gösteriyor” diyor. “Eski ölçümler, şimdiye kadar önemli ölçüde gözden kaçan sistematik bir hataya maruz kalmış.”
Parçacık evreninde bilardo oynarken
Bir protonun çapı belirlenirken, protonun bir parçacık hızlandırıcısında elektron bombardımanına tutulması gerekiyor. Bir elektron protonla çarpıştığında, her iki cismin de hareket yönü değişiyor; tıpkı bilardo toplarında olduğu gibi. Fizikte ise bu işlem esnek saçılım şeklinde biliniyor. Proton ne kadar büyük olursa, böyle çarpışmalar o kadar sık gerçekleşiyor. Dolayısıyla protonun genişleme oranı, saçılımın tip ve boyutundan hesaplanabiliyor.
Elektron ışınının hızı ne kadar yüksek olursa, ölçümler de o kadar hassas oluyor. Fakat bu durum, elektron ve protonun çarpıştıkları zaman yeni parçacıklar oluşturma tehlikesini de artırıyor. “Yüksek hız veya enerjilerde bunu çok daha sık görüyoruz” diyor Meißner. “Karşılığında da esnek saçılım olayları daha nadir yaşanıyor. Bu yüzden proton boyutunda yapılan ölçümlerde, şimdiye kadar sadece elektronların daha düşük enerji taşıdığı hızlandırma verileri kullanılmıştı.”
Fakat prensipte başka parçacıklar meydana getiren çarpışmalar, protonun şekline yönelik önemli tespitler de sağlıyor. Aynı şey, yüksek hızlı elektron ışınlarıyla meydana gelen ve elektron-pozitron yok oluşu adını taşıyan başka bir olguda da geçerli. Darmstadt Teknik Üniversitesinde çalışan Prof. Dr. Hans Werner Hammer, “Bu gibi olayların proton çapının hesaplanmasında da kullanılmasını sağlayabilecek kuramsal bir temel geliştirdik” diyor. “Böylelikle şimdiye kadar ihmal edilen verileri de hesaba kattık.”
Yüzde 5 daha küçük
Araştırmacılar yeni geliştirilen bir yöntem kullanarak hem eskiden, hem de yakın zaman önce yapılan deneylerde elde edilen okumaları yeniden analiz etmişler. Bunların içerisinde, daha önce 0,88’lik bir değerin öne sürüldüğü deneyler de bulunuyor. Fakat bilim insanları, kullandıkları yeni yöntemde 0,84 femtometreye ulaşmış. Bu çap, tamamen farklı bir metodolojiye dayanan yeni ölçümlerde de bulunan bir değer.
Dolayısıyla protonun, aslında 1990’lar ve 2000’lerde varsayılan değerden yüzde 5 kadar daha küçük olduğu görünüyor. Araştırmacıların yöntemi, protonların ve yüksüz kardeşleri olan nötronların hassas yapısına dair yeni tespitler de sağlıyor. Bu yüzden, etrafımızdaki dünyanın; sandalyenin, havanın ve gökyüzündeki yıldızların yapısını biraz daha iyi anlamamıza yardımcı oluyor.
Çalışma ay başında Physical Review Letters bülteninde yayımlandı.
Kaynak: Bonn Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.
