Protonlar, onlara nasıl baktığınıza bağlı olarak farklı bir boyutta görünürler.

Tüm maddelerin yapı taşlarından biri olan proton, nereden baktığınıza bağlı olarak değişen bir boyuta sahiptir. Yüküne bakarsanız, bir yarıçapa sahip olacaktır, ancak kütlesine bakarsanız, kütlesi merkezde tutulduğu için daha küçük bir yarıçap göreceksiniz.

“Protonun yeni bir resmine sahibiz. Bilgileri kaldırdığımızdan değil, orada olmayan bilgileri eklediğimiz anlamında yeni” diyor. Zein-Eddine Meziani Illinois’deki Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda.

1960’larda, elektronları protonlara ateşleyen deneyler, protonların şimdi kuark dediğimiz nokta benzeri, elektrik yüklü parçacıklar içerdiğini ortaya çıkardı. Bir protonun iki yukarı ve bir aşağı kuark vardır. Bu kuarkların daha sonra gluon adı verilen parçacıklarla birbirine bağlandığı bulundu.

Artık kuarklar ve bazen protonun yarıçapı olarak adlandırılan elektrik alanlarının uzayda ne kadar uzandığı hakkında çok daha fazla şey biliyoruz. Ancak protonun kütlesinin çoğunu enerji biçiminde içeren gluonlar hakkında daha az şey biliyoruz çünkü bunlar yüksüz ve araştırmaları çok daha zor. Nasıl dağıldıklarını anlamak, bize protonun kütlesinin nasıl düzenlendiğini ve iç yapısını anlatabilir.

Şimdi, Meziani ve meslektaşları protonun gluonlarını J/psi mezon adı verilen bir parçacıkla araştırdılar. Bu mümkündür, çünkü gluonların elektrik yükü olmasa da, evrendeki dört temel kuvvetten biri olan güçlü nükleer kuvvetten gelen renk yükü adı verilen bir özelliği vardır.

Araştırmacılar, esas olarak sadece protonlardan oluşan sıvı hidrojene bir foton ışını ateşlediler ve fotonlar protonlarla etkileşime girdi. Bu çarpışmalar, her biri aynı zamanda renk yüküne sahip olan ve bu nedenle gluonlarla etkileşime girebilen bir tılsım kuarkından ve onun antikuarkından oluşan kısa ömürlü J/psi mezonları üretti.

Meziani ve ekibi, kaç tane J/psi mezon üretildiğini ölçerek, gluon-kuark etkileşimlerini tanımlayan kuantum mekanik modelleri kullanarak protonun kütle dağılımını hesaplayabildiler.

Elde ettikleri sonuçlar, gluonların kütlesinin protonun merkezindeki yoğun bir çekirdekle sınırlı olduğunu, kuarklardan gelen yükün ise ikinci, daha büyük bir yarıçapa uzandığını gösterdi.

Meziani, sonuçlarını, bazı yerlerde hemfikir olan ve diğerlerinde farklılaşan başka bir proton modelinin tahminleriyle de karşılaştırdılar ve bu rakamların daha kesin deneylerle veya protonun yapısını araştırmak için farklı kuarklar kullanan deneylerle doğrulanması gerektiğini öne sürdüler, diyor Meziani.

“Doğrulanırsa, çok ilginç bir bulgu çünkü bize protonun bileşenlerinin uzaysal bir bakış açısından nasıl davrandığına dair oldukça derin şeyler anlatıyor” diyor. juan rojo Hollanda’daki Hür Amsterdam Üniversitesi’nde.

Farklı bir iç yapının, diğer birçok hassas deneyin dayandığı Rojo, spin, açısal momentum ve enerji dağılımı gibi diğer proton özelliklerini hesaplamak için çıkarımlara sahip olabileceğini söylüyor. Ancak son bulguların bazılarının, onları hesaplamak için kullanılan ve geçmişte tamamen güvenilir olmadığı kanıtlanan modellere dayandığını da sözlerine ekliyor.

Meziani ve ekibinin sonuçları, protonun iç yapısıyla ilgili başka bir açıklamayı takip ediyor. Geçen yıl, Rojo liderliğindeki bir ekip, protonun üç normal kuarka ek olarak çok daha ağır bir tılsımlı kuark içerebileceğini buldu. “Bir tılsımlı kuarkı hesaba katarlarsa ne olacağını görmek güzel olurdu. Kütle yarıçapı büyüyor mu küçülüyor mu?” diyor Rojo.