En küçük ölçeklerde fizik, gözlem için zorlu bir iştir: Parçacıklar genellikle geçicidir ve davranışlarını yöneten kuvvetler neredeyse algılanamaz. Ancak şimdi, fizikçilerden oluşan bir ekip, onlarca yıllık verilerden ve yerçekiminin atomaltı parçacıklar üzerindeki etkisine ilişkin 50 yıllık bir tahminden yararlanarak, protonun ikinci bir mekanik özelliği için bir ölçüm ortaya çıkardı.
Bir anlığına yavaşlayalım. Proton, nötronlar ve elektronlarla birlikte bir atom oluşturan bir parçacıktır. Protonların kendisi de kuark adı verilen çok daha küçük parçacıklardan oluşur. Bu kuarklar güçlü kuvvet sayesinde bir arada parlıyorlar. dört temel kuvvet. (Diğer üçü yerçekimi, zayıf kuvvet ve elektromanyetizmadır.) Son ekip proton içindeki güçlü kuvvetin dağılımını başarıyla ölçerek protonun kuarkları üzerindeki kayma gerilimini ortaya çıkardı.
Jefferson Laboratuvarı baş bilim insanı ve çalışmanın baş yazarı Volker Burkert, “Bu, zirve noktasında, bir kuarkı protondan çıkarmak için uygulamak zorunda kalacağınız dört tonluk bir kuvvetten daha fazlasıdır” dedi. laboratuvar serbest bırakmak.
Yayınlanan Review of Modern Physics’te çalışma bir konuyu takip ediyor: 2018 ölçümü Protonun iç basıncı. Ekibin incelediği veriler Jefferson Lab’ın Sürekli Elektron Işını Hızlandırıcı Tesisi’ndeki (CEBAF) deneylerden çıktı ve araştırmacılar, ölçümü yapmak için ‘derin sanal Compton saçılımı’ (DVCS) adı verilen bir şey kullandılar. DVCS’de yüksek enerjili bir elektron, hedef hidrojen protonuna ışınlanır. Protonun içindeki bir kuark, kuarkın özellikleri hakkında bilgi taşıyan bir foton yayar. DVCS ayrıca yerçekiminin madde üzerindeki etkileri hakkında da bilgi sağlar. 2000’li yılların başında geliştirilen fikir fizikçi Maxim Polyakov tarafından.
“Teorikteki bu atılım, derinlemesine sanal Compton saçılımının ölçümü ile yerçekimsel form faktörü arasındaki ilişkiyi kurdu. Ve bunu ilk kez kullanabildik ve 2018’de Nature gazetesinde yaptığımız baskıyı ve şimdi normal kuvveti ve kesme kuvvetini çıkarabildik” diye ekledi Burkert.
Veri toplama bir nevi tesadüftü. Ekip saçılmanın üç boyutlu görüntülemesini yapmaya çalışıyordu ancak bunu yaparken güçlü kuvvetin protonun iç kısmına nasıl etki ettiğini ortaya çıkaran veriler topladılar.
Jefferson Lab’da çalışan bir bilim adamı olan çalışmanın ortak yazarı Latifa Elouadhriri, aynı yayında “Benim görüşüme göre bu, gelecek çok daha büyük bir şeyin sadece başlangıcı” dedi. “Protonun yapısı hakkındaki düşüncelerimizi şimdiden değiştirdi.”
Saçılma yöntemi, araştırmacılara “yerçekimi form faktörlerinde kodlanmış” proton özellikleri konusunda ipucu verebilir. 2023 Nükleer Bilimin Uzun Menzilli Planı. Başka bir deyişle DVCS, yeni fiziğin keşfi için bir yol olabilir. Ekip daha sonra protonun boyutuna ilişkin yeni ölçümler yapmayı planlıyor.
Daha fazla: Higgs Bozonundan 10 Yıl Sonra Fizikte Bir Sonraki Büyük Şey Ne Olacak?