Dolar 12,4280
Euro 14,0266
Altın 717,01
BİST 1.776
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 21 °C
Kuvvetli Sağanak

Nötronun Dinamik İç Yapısına İlişkin Yeni Görüşler

12.11.2021
55
Nötronun Dinamik İç Yapısına İlişkin Yeni Görüşler
BES-III Dedektörü

Mainz ve Darmstadt’ın katılımıyla uluslararası bir araştırma ekibi, daha önce ulaşılmamış bir hassasiyetle nötron form faktörlerini ölçer.

Bilinen tüm atom çekirdekleri ve dolayısıyla neredeyse tüm görünür maddeler protonlardan ve nötronlardan oluşur, ancak bu her yerde bulunan doğal yapı taşlarının özelliklerinin çoğu bilinmemektedir. Yüksüz bir parçacık olarak, özellikle nötron, birçok ölçüm türüne direnir ve keşfinden 90 yıl sonra, diğer şeylerin yanı sıra, boyutu ve ömrü hakkında hala cevaplanmamış birçok soru vardır. Nötron, içinde dönen ve gluonlar tarafından bir arada tutulan üç kuarktan oluşur. Fizikçiler, nötronun bu dinamik iç yapısını tanımlamak için elektromanyetik form faktörlerini kullanırlar. Bu form faktörleri, nötron içindeki ortalama bir elektrik yükü ve manyetizasyon dağılımını temsil eder ve deney yoluyla belirlenebilir.

Nötron İç Yapısı

Sanatçılar nötron ve iç yapısına bakış. Kaynak: Prof. Dr. Xiaorong Zhu, Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, Çin

Kesin verilerle dolu form faktörü haritasında boş alan

PRISMA’da araştırmacı olan Profesör Frank Maas, “Belirli bir enerji seviyesinde ölçülen tek bir form faktörü ilk başta pek bir şey ifade etmez” diye açıklıyor.+ Mainz’deki Mükemmellik Kümesi, Helmholtz Institute Mainz (HIM) ve GSI Helmholtzentrum für Schwerionenforschung Darmstadt. “Nötronun yapısı hakkında sonuçlar çıkarmak için çeşitli enerjilerdeki form faktörlerinin ölçümlerine ihtiyaç var.” Standart elektron-proton saçılma deneyleri kullanılarak erişilebilen belirli enerji aralıklarında, form faktörleri oldukça doğru bir şekilde belirlenebilir. Bununla birlikte, şimdiye kadar, madde ve antimaddenin birbirini karşılıklı olarak yok etmesini içeren sözde yok etme tekniklerine ihtiyaç duyulan diğer aralıklarda durum böyle olmamıştır.

Çin’de üstlenilen BESIII deneyinde, 2 ila 3,8 gigaelektronvolt enerji aralığında karşılık gelen verileri kesin olarak belirlemenin mümkün olduğu yakın zamanda kanıtlanmıştır; Nature Physics dergisinin şu anki sayısında yayınlanan makalede belirtildiği gibi ortaklık sayesinde bu, önceki ölçümlere kıyasla 60 kat daha doğru. Frank Maas, “Bu yeni verilerle, şimdiye kadar bilinmeyen bir bölge olan nötron form faktörü ‘haritasında’ bir boşluğu deyim yerindeyse doldurduk” diyor. “Bu veriler artık ilgili saçılma deneylerinde elde edilenler kadar kesin. Sonuç olarak, nötronun form faktörleri hakkındaki bilgimiz çarpıcı biçimde değişecek ve böylelikle doğanın bu önemli yapı taşının çok daha kapsamlı bir resmini elde edeceğiz.”

Zor bir araştırma alanında gerçekten öncü çalışma

Fizikçilerin, form faktörü ‘haritasının’ gerekli alanlarını tamamlama yolunda ilerlemeler sağlamak için antiparçacıklara ihtiyacı vardı. Bu nedenle uluslararası ortaklık, ölçümleri için Beijing Elektron-Pozitron Çarpıştırıcısı II’yi kullandı. Burada, elektronların ve pozitif karşıt parçacıklarının, pozitronların bir hızlandırıcıda çarpışmasına ve birbirlerini yok etmesine, yeni, başka parçacık çiftleri yaratmasına izin verilir – fizikte ‘yok olma’ olarak bilinen bir süreç. Araştırmacılar, BESIII dedektörünü kullanarak elektronların ve pozitronların nötronları ve anti-nötronları oluşturduğu sonucu gözlemledi ve analiz etti. Frank Maas, “Bunun gibi imha deneyleri, hiçbir yerde standart saçılma deneyleri kadar köklü değil” diye ekliyor. “Mevcut deneyi gerçekleştirmek için önemli geliştirme çalışmaları gerekiyordu – hızlandırıcının yoğunluğunun iyileştirilmesi ve bulunması zor nötron için algılama yönteminin deneysel verilerin analizinde pratik olarak yeniden icat edilmesi gerekiyordu. Bu hiçbir şekilde basit değildi. Ortaklığımız burada gerçekten öncü işler yaptı.”

Diğer ilginç fenomenler

Bu yeterli değilmiş gibi, ölçümler fizikçilere, form faktörü sonuçlarının enerji düzeyine göre tutarlı bir eğim değil, enerji düzeyi arttıkça dalgalanmaların küçüldüğü salınımlı bir model ürettiğini gösterdi. Proton durumunda benzer şaşırtıcı davranış gözlemlediler – ancak burada dalgalanmalar yansıtıldı, yani faz kaydırıldı. Frank Maas, “Bu yeni bulgu, her şeyden önce, nükleonların basit bir yapıya sahip olmadığını gösteriyor” diye açıklıyor. “Şimdi teorik taraftaki meslektaşlarımızdan bu olağanüstü davranışı hesaba katacak modeller geliştirmeleri istendi.”

Son olarak, ölçümlerine dayanarak, BESIII ortaklığı, nötronun proton form faktörlerine göreli oranının nasıl görülmesi gerektiğini değiştirdi. Yıllar önce, FENICE deneyinde elde edilen sonuç, birden büyük bir orandı; bu, nötronun protondan tutarlı bir şekilde daha büyük bir form faktörüne sahip olması gerektiği anlamına gelir. Frank Maas, “Fakat proton şarj olurken, bunun tam tersi olmasını beklersiniz” diyor. “Ve nötron verilerimizi BESIII aracılığıyla yakın zamanda elde ettiğimiz proton verileriyle karşılaştırdığımızda gördüğümüz tam da bu. İşte burada en küçük parçacıkları nasıl algılamamız gerektiğini düzelttik.”

Mikro evrenden makro kozmosa

Maas’a göre, yeni bulgular çok temel oldukları için özellikle önemlidir. “Nötronun temel özellikleri hakkında yeni bakış açıları sağlıyorlar. Dahası, maddenin en küçük yapı taşlarına bakarak, iki nötron yıldızının kaynaşması gibi en büyük boyutlarda meydana gelen olayları da anlayabiliriz. Bu aşırılık fiziği zaten çok büyüleyici.

Kapak Resmi: Pekin’deki Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü’nde (IHEP) BES-III dedektörü. Kaynak: Yüksek Enerji Fiziği Enstitüsü (IHEP), Pekin.

Referans: “Nötronun elektromanyetik yapısındaki salınımlı özellikler”, The BESIII Collaboration, 8 Kasım 2021, Nature Physics.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01345-6

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.