Protonun Kütlesi!
Maddenin temel yapı taşlarından biri olarak kabul edilen
protonun kütlesini ölçmek tahmin edildiği kadar kolay bir iş değildir. Almanya’daki
Max Planck Nükleer Fizik Enstitüsü’nden ve Japonya’daki RIKEN araştırma merkezinden fizikçiler, geliştirdikleri yeni yöntem sayesinde protonun kütlesini yüksek hassasiyetle yani daha kesin ve net bir şekilde ölçmeyi başardı. Araştırma sonuçları protonun kütlesinin bugünkü kabul edilen standart değerden daha düşük bir değerde olduğunu gösteriyor. Atom çekirdeklerinin temel yapı taşlarından biri olan protonun kütlesi atom fiziği açısından oldukça önemli. Çünkü birçok fiziksel sabit protonun kütlesiyle neredeyse bağlantılı.
Protonun Penning Tuzağındaki Hareketi!
Penning tuzağı olarak isimlendirilen cihaz aracılığıyla protonun kütlesi ölçülüyor. Bu sistemde elektrik ve
manyetik alanın içerisine hapsedilen proton hem dairesel hem de doğrusal olarak hareket etmektedir. Protonun bu hareketi sırasındaki
salınım frekansı (yani birim zamandaki salınım sayısı) kütlesiyle bağlantılıdır. Penning tuzağında hapsedilmiş olan protonun frekansı ölçülerek kütlesi hesaplanabilir ve bu değer bir
Karbon-12 atomunun (çekirdeğinde 6 proton ve 6 nötron bulunan karbon izotopu) kütlesi (12 atomik kütle birimi) ile karşılaştırılır. Bilim ve Teknoloji Verileri Komitesi (CODATA) tarafından belirlenen protonun kütle değeri 1,007276466879 akb yani
1,672621898 x 10-27 kg’dır.
Penning tuzağında manyetik alanda ortaya çıkan dalgalanmalar sonuçlarda küçük hatalara neden olabiliyordur. İlgili araştırmada fizikçiler protonun ve karbon-12 atomunun kütlesini doğrudan karşılaştırabilecekleri bir yöntem kullandı. Bu amaçla bir proton ve bir
12C6+ atomu (iyon yükü +6 olan yani 6 elektron vermiş karbon-12 atomu) Penning tuzağının iki ayrı bölümüne yerleştirildi. Daha sonra iyonlar sırasıyla cihazın merkezindeki ölçüm kısmına taşındı ve bu bağlamda hareketleri ölçüldü.
Protona ve karbon-12 iyonuna ait elde edilen değerler birbirine oranlanarak protonun kütlesi doğrudan atomik kütle birimi cinsinden belirlenerek protonun ve karbon-12 iyonunun kütleleri aynı koşullarda ölçülmüş oldu. Elde edilen veriler doğrultusunda protonun kütlesi, şu an kabul edilen değerden üç kat daha yüksek kesin ve net olarak belirlendi
(1,007276466583 akb). Kısacası söz konusu sonuçlara göre protonun kütlesinin daha önce ölçülen kütleden yaklaşık %0,00000003 daha az olduğu tespit edildi.
