Bir proton küçücük olmasına rağmen, 3 valans kuark, deniz kuarkları ve onları bir arada tutan gluonların sığabileceği kadar yer kaplar. Proton’un yarıçapını bu parçacıklar ve aralarındaki etkileşimler belirler. Öyle ise ,doğal olarak kuantum kromodinamiği ve Standart Model gibi teorilerle ilişkilidir.
Proton ‘un yarıçapını ölçebilmemizin nedeni; yükünün şekli boyunca dağılmış olmasından kaynaklanır ve bu durum protonun etrafında dönen elektronu etkiler. Elektronla yapılan ölçümler var olan teorilerle uyuşuyor. Fakat, bundan bir kaç yıl önce , araştırmacılar elektronun daha ağır bir versiyonu olan müonu proton etrafında yörüngeye oturttu. Bu hidrojen atomunun ağır bir versiyonunu oluşturdu. Bu yeni hidrojen atomu ile yapılan proton yarıçapı ölçümleri , daha önceki değerlerden tamamen farklı bir sonuç verdi.
Araştırmacılar bu duruma Proton yarıçapı Puzzle’ı adını verdiler. Bu problem bizlere var olan fizik modelleri ile ilgili temel bir şeylerin hatalı olduğunu işaret ediyor. Bu araştırmayı yapan bilim insanları şimdi de müonu döteryum etrafında yörüngeye oturttu . Elde ettikleri sonuçlar aynı problemin devam ettiğini gösteriyor.
Müonlar Proton İçin Problem Çıkarıyorlar
Elektronlar etrafımızda gördüğümüz maddenin bir bileşenidirler. Ayrıca, elektronlar leptonlar diye bilinen parçacık ailesinin bir üyesidirler. Leptonların büyük çoğunluğu kararsız ve elektrondan çok daha ağırdırlar. Müon kütlesi protonun kütlesine yakın ve 2.2 mikro saniye yarı ömre sahip olup, bu parçacıklardan biridir. Fakat, kütlesi ve kararsızlığı dışında , müonların elektronlara benzer şekilde davranması gerekir.
Büyük bir araştırmacı grubu elektronları müonlarla yer değiştirerek , hidrojenin egzotik versiyonlarını oluşturuyorlar. Saniyenin çok küçük bir bölümünde müonlar ışımadan önce , atomun özellikleri ölçülebilir. Araştırmacılar , müonları proton etrafında farklı yörüngelere oturtmak için gerekli enerjileri ölçerek , protonun yarı çapını ölçebiliyorlar.
İlk elde ettikleri sonuçlar , bir şeylerin tuhaf olduğunu gösteriyordu. Elde ettikleri sonuçlar elektronlarla elde edilen sonuçlardan çok daha küçüktü . Unutmamalıyız ki, elektron ve müon aynı davranırlar , öyle ise aynı sonucu almamız gerekirdi.
İlk zamanlar deneylerin hatalı olduğu düşünülse de , daha fazla veri toplanması ile sonuçlar onaylandı. Buna göre müonik sonuçlar elektron ile elde edilen sonuçlardan 7 standart sapma daha küçüktür.
Bu her ne kadar önemsiz bir problem gibi görünse de , proton yarı çapı Standart Model gibi teorilerle ilişkilidir ve dolayısıyla temel fizik konuları hakkında bildiğimiz yanlış bir şeyler var olabilir.
Müonik Döteryum
Aynı araştırmacılar şimdi ise tek bir proton yerine, bir proton ve bir nötrondan oluşan döteryum ile aynı deneyi tekrar ettiler. Nötronun varlığı , elektron ve müonun protonun yük yarıçapını algılamasını değiştirmesi gerekir. Araştırmacılar müonik döteryumun özelliklerini ölçerek , bunun proton yarıçapını değiştirip değiştirmediğini ortaya koymak istediler.
Araştırmacılar sonuçların elektron ile elde edilenden farklı olduğunu yeniden ortaya koydular. Bu seferki fark 7.5 standart sapma daha az.
Bu demek oluyor ki Proton yarıçapı Puzzle’ı bir puzzle olarak kalmaya devam ediyor. Araştırmacılar elde ettikleri sonuçları Science dergisinde yayınladılar.
