Protonun İç Yapısına Bir Bakış, Kütlesinin Boyutuyla Aynı Olmadığını Gösteriyor

Alçakgönüllü proton, maddi evrenin çekirdeğidir. Özellikleri kimyayı tanımlar ve atomları moleküllere ve molekülleri göz kamaştırıcı derecede karmaşık hale getiren elektron demetlerini yönetir.

Davranışı hakkında bildiklerimize göre, protonun iç yapısı, bilim adamlarının henüz deşifre edemediği kaotik bir aktivite karmaşasıdır.

Çalışma deneyi için varsayılan kurulum (Duran et al., Nature, 2023)

ABD Enerji Bakanlığı’nın Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi’ndeki yeni bir deney yaptı. Protonların iç kısımları ve maddenin en küçük ölçekte bile nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi açığa çıkararak bu gizeme ışık tutu. ABD’nin dört bir yanından araştırmacılar, protonları bir arada tutan, gluon adı verilen küçük atom altı parçacıkların hareketlerini ölçebildi. Daha önce protonun gluon yerçekimi form faktörü olarak adlandırılan bu boyut, pozitif yüklü bir nükleer parçacığın kütle yapısına açılan bir tür pencere görevi görür.

Ekip, bir protonun kütlesinin yarıçapının, genellikle proton boyutunun bir ölçüsü olarak kullanılan elektrik yükü dağılımını kapsayan yarıçaptan farklı olduğunu buldu. Bu değerlerin eşleşmesini beklemeseniz de, aralarındaki farklar bilim insanlarına protonun nasıl çalıştığı hakkında daha fazla bilgi verebilir. Thomas Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisi baş araştırmacısı Mark Jones, “Bu kütle yapısının yarıçapı, yükün yarıçapından daha küçüktür, bu da bize nükleonun kütle hiyerarşisi ve yük yapısı hakkında bir fikir veriyor” diyor.

Gluonların yükleri ve kütleleri olmadığı için dolaylı olarak, mezon denilen kuark ve antikuark çiftlerinin bozunma ürünleriyle ölçülmeleri gerekir. Deney, sıvı hidrojenden geçen elektron demeti ve foton demeti kullandı ve bu, J/ψ parçacığı adı verilen bir tür mezon ortaya çıkaran etkileşimlere yol açtı.

Parçacık serpintisi J/ψ’yi ölçerek ve sonuçları teorik modellerle karşılaştıran, bilim adamları proton içindeki farklı kütle ve elektrik yükü dağılımlarını hesapladı. Elektrik yükünün daha büyük yarıçapı, protonun kütlesinin yoğunlaştığı anlamına gelir, bu da bazı gluonların kütle taşıyan kuarkların ötesine geçtiğini ve muhtemelen onları yakaladığını göstermiştir.

Protonun her yerde bulunan doğasına aldanmayın. Kabuğunun altında, bir tuhaf vızıltı, haritalanması zor şekillerde gelen ve çıkan kuantum parçacıkları olduğu biliniyor. Protonun kütlesinin yapısı ve yükü hakkında daha fazla bilgi sahibi olmak, çevremizdeki evreni oluşturan parçacıklar hakkındaki temel anlayışımıza dayanmaktadır. Ama hala yapılacak çok şey var. Deneysel gözlemler dışında, bu sonuçlar kısmen bahsedilen teorik modellere dayanmaktadır ve proton kütlesinin tam olarak nasıl dağıldığı ve gluon aktivitesi ile ilişkisi henüz net değildir.

Farklı enstrümanlar ve deneysel yöntemler ve daha yüksek bir doğruluk düzeyi dahil olmak üzere gelecekteki çalışmalar şimdiden planlanmış. Yakın zamanda protonun tam olarak nasıl çalıştığını öğrenebiliriz. Meziani, “Genel olarak şu anda çok heyecanlıyım” diyor. “Gördüklerimizi test etmenin bir yolunu bulabilir miyiz? Bu yeni resim bilgisi kaydedilecek mi? Ama bu benim için gerçekten çok ilginç. Çünkü şimdi proton hakkında elde ettiğimiz verileri düşündüğümde, onun hakkında her zamankinden daha fazla bilgiye sahibiz.”

Bu yazı Nature makalesinden derlenmiştir.

Yorum yapın