Evrenin en küçük parçacıklarını bir tartıda tartamazsınız. Fakat çok zekice yapılan yeni bir deneyde, fizikçiler böyle bir parçacık olan protonun kütlesinin daha önce düşünülenden daha hafif olduğunu buldular.
Bu işin içinde bulunmayan, Tallahassee’de Florida Eyalet Üniveritesinde bir fizikçi olan Edmund Myers “Protonun kütlesi üzerine önemli bir gelişme, yaptıklarında herhangi bir boşluk göremiyorum. İyi bir iş başardılar ” dedi.
Proton olarak bilinen çok küçük, pozitif yüklü parçacıklar her yerdedir. Atomların merkezinde ikamet etmektedirler ve güneşin ve de yıldızların büyük kısmını oluşturmaktadırlar. Onlar o kadar hafiftirler ki – sadece bir kilogramın milyarda birinin milyarda birinin milyarda biri kadardır- sıradan yollarla ölçülüp tartılamazlar. Ancak son yıllarda fizikçiler, protonun kütlesini daha hassas bir şekilde ölçmek için Penning kapanı adı verilen bir cihazda güçlü elektrik ve manyetik alanları birleştirdiler. Bu deneylerde, elektrik ve manyetik alanlar protonu yakalarken, manyetik alan onu bir daire içerisinde hareket etmeye zorlar. Proton dönerken, kütlesi ile ilişkili bir frekansta titreşir veya salınır. Araştırmacılar, bu frekansı ölçerek ve bunu bir referansla (genellikle 12 atomik kütle birimi olarak tanımlanan bir karbon-12 atomunun çekirdeği) kıyaslayarak protonun kütlesini hesaplayabilir.
Fakat hiçbir deney mükemmel değildir. Manyetik alanlar uzay ve zamanda farklılık göstererek küçük ölçüm hatalarına neden olur. Bu dalgalanmaların etkisini azaltmak için Almanya’nın Mainz kentinde çalışan bir grup fizikçi, karbon çekirdeğini ve protonu ayrı depolama kapanı içine yükledi ve daha sonra onları ölçüm kapanına sokup çıkardı. Çekirdek ve protonun değiştirilmesi önceki deneylerde 30 dakikadan fazla sürmesine rağmen, Alman grubunun hataların birikmesine neden olan olasılığı sınırlandırarak sadece 3 dakikaya ihtiyacı vardı. Ekip ayrıca kurulumlarına daha fazla hareket dedektörü ekledi ve böylece trilyon başına 32 parça hassasiyetle ölçüm yapılmasını sağladı.
Araştırmacılar kütlenin 1,007276466583 atomik kütle birimi olduğunu keşfettiler. Bu geçmiş deneylerden elde edilen ortalama değerin yaklaşık 30 milyar katı daha düşük bir orandır – gerçekten üç standart sapma ile önemli görünen küçük bir fark. Ekip bu durumu bu hafta Physical Review Letters’da yayınladı. (Karşılaştırmalara göre, bilim adamları tipik olarak, deneysel bir sonuç için istatistiksel olarak anlamlı iki standart sapmanın olduğunu düşünürler.)
Almanya, Heidelberg’deki, Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nde bir fizikçi ve grubun lideri olan Sven Sturm, diğer araştırmacıların bu kadar yüksek kütleleri neden ölçtüğünden emin değil, ancak gizli kaynak hatalarından şüpheleniyor. Bununla birlikte, ekibinin sonucunun, iki proton ve bir nötrondan yapılmış helyum-3 atomunun kütlesiyle ilgili son ölçümleriyle, önceki sonuçlardan daha uyumlu olduğunu da ekliyor.
Alman ekip, protonu ve karbon iyonunu aynı anda ayrı kapanlarda ölçerek hassasiyeti artırmayı ve böylece manyetik alan dalgalanmalarına bağlı belirsizliği ortadan kaldırmayı planlıyor. Bir grup üyesi anti protonun ağırlığını da ölçmeyi deneyecek – protonun negatif yüklü tıpkısının aynısı. Protonlar ve anti proton kütleleri arasındaki küçük bir fark bile, gördüğümüz evrenin neden maddeden oluştuğunu ve neden anti protonun son derece nadir olduğunu açıklamakta yardımcı olabilir.
Sturm, ekibinin sonuçlarının gizli bir hatadan muzdarip olmadığından emin olmak için araştırma gruplarının bağımsız ölçümler yapmasını istiyor (Önceki ölçümleri sağlayan iki ana grup artık aktif değil). Sturm ayrıca “Bu hassasiyet seviyesinde ölçüm yapan daha fazla grubun olduğunu görmekten gerçekten çok mutlu olacağım, böylece değerleri gerçekten kıyaslayabilir ve umarım tutarlı olduklarını bulabiliriz” diyor.
Kaynak: sciencemag.org