Evrendeki Her Atomun İçinde Saklanan Büyük Bir Gizem Var

Kimse bir atomun içinde ne olduğunu gerçekten bilmiyor ancak iki bilim insanı bunu çözdüklerini düşünüyor. Her ikisi de kendi vizyonlarının doğru olduğunu kanıtlamak için yarışıyor.

Kesin olarak bildiğimiz şey şu: Elektronlar bir atomun dış kabuğundaki “yörüngeler” etrafında dolanıyorlar. Sonra bir sürü boş alan var ve sonra, o alanın tam ortasında, minik bir çekirdek var – atomun kütlesinin çoğunu veren yoğun bir proton ve nötron düğümü. Bu protonlar ve nötronlar, baskın kuvvet olarak adlandırılan şeye bağlı olarak kümelenir. Bu protonların ve nötronların sayısı atomun demir mi yoksa oksijen mi, ksenon mu olduğunu ve radyoaktif mi yoksa kararlı mı olduğunu belirler.

Yine de, hiç kimse bu protonların ve nötronların (birlikte nükleonlar olarak bilinir) bir atomun içinde nasıl davrandığını bilmiyor. Bir atomun dışında, protonlar ve nötronlar belirli boyutlara ve şekillere sahiptir. Her biri kuark denilen üç daha küçük parçacıktan oluşur ve bu kuarklar arasındaki etkileşimler o kadar yoğundur ki hiçbir dış kuvvet ,çekirdekteki parçacıklar arasındaki baskın kuvvetler bile onları deforme edemez. Fakat onlarca yıldır araştırmacılar teorinin bir şekilde yanlış olduğunu biliyorlar. Deneyler, bir çekirdeğin içinde, protonların ve nötronların olması gerekenden çok daha büyük göründüğünü göstermiştir. Fizikçiler, garip uyumsuzluğu açıklamaya çalışan iki rakip teori geliştirdiler ve her birinin savunucuları diğerinin yanlış olduğundan oldukça eminler. Ancak her iki kamp da, doğru cevap ne olursa olsun,cevabın  kendi cevaplarının ötesinde bir alandan gelmesi gerektiği konusunda hemfikirdir.

Washington Üniversitesi’nde Nükleer Fizikçi Gerald Miller , Live Science’a şöyle söyledi :  “En azından 1940’lardan beri, fizikçiler nükleonların çekirdek içindeki sıkı küçük orbitallerde hareket ettiğini biliyorlardı. Hareketleriyle sınırlı olan nükleonlar çok az enerjiye sahiptir. Baskın kuvvet tarafından kısıtlanan  nükleonlar, çok fazla zıplamazlar.”

İlk başta, araştırmacılar neye baktıklarını bilmiyorlardı.

Ancak zamanla, bilim adamları bunun büyük bir sorun olduğuna inanmaya başladılar. Bazı nedenlerden dolayı, ağır çekirdeklerin içindeki protonlar ve nötronlar, çekirdeklerin dışındaki zamanlardan çok daha büyükmüş gibi davranırlar. Araştırmacılar, bu fenomeni, European Muon Collaboration ‘dan sonra- grup onu kazara keşfetti- EMC etkisi olarak adlandırıyor. O, mevcut nükleer fizik teorilerini ihlal ediyor.

MIT’de nükleer fizikçi olan Or Hen, neler olup bittiğini potansiyel olarak açıklayabilecek bir fikre sahip.

Or Hen: “Kuarklar- nükleonları oluşturan atomik parçacıklar- belirli bir proton veya nötron içinde güçlü bir şekilde etkileşirken, farklı proton ve nötronlardaki kuarklar birbirleriyle çok fazla etkileşime giremezler.” dedi. Bir nükleonun içindeki baskın kuvvet o kadar baskın ki, nükleonları tutan baskın  kuvveti diğer nükleonlara yansıtır.

“Odanızda pencerelerin kapalıyken iki arkadaşınızla konuştuğunuzu hayal edin,” dedi Hen.

Odadaki üçlü, bir nötron veya proton içindeki üç kuarktır.

“Dışarıda hafif bir esinti esiyor.” dedi.

Bu hafif esinti, protonu veya nötronu pencerenin “dışında” olan yakındaki nükleonlara tutan kuvvettir. Kapalı pencereden birazcık gizlenmiş olsa bile, Hen dedi ki, bu sizi belli belirsiz etkileyecektir.

Ve nükleonlar yörüngelerinde kaldıkları sürece, durum böyle. Bununla birlikte, son deneyler, herhangi bir zamanda, bir çekirdekteki nükleonların yaklaşık % 20’sinin aslında orbitallerinin dışında olduğunu gösterdiğini söyledi. Bunun yerine, “kısa menzil korelasyonları” ile etkileşime giren diğer nükleonlarla eşleştirildiler. Bu koşullar altında, nükleonlar arasındaki etkileşimlerin normalden çok daha yüksek enerji olduğunu söyledi. Çünkü kuarklar kendi nükleonlarının duvarlarından geçer ve doğrudan etkileşime başlar ve bu kuark-kuark etkileşimleri nükleon-nükleon etkileşimlerinden çok daha güçlüdür.

Hen, bu etkileşimlerin, tek tek protonların veya nötronların içindeki kuarkları ayıran duvarları yıktığını söyledi. Bir proton oluşturan kuarklar ve başka bir proton oluşturan kuarklar aynı alanı işgal etmeye başlar. Hen, bunun protonların (veya duruma göre nötronların) gerilmesine ve bulanıklaşmasına neden olduğunu söyledi. Çok kısa süreler de olsa çok büyürler. Bu, çekirdekteki tüm kohortun ortalama boyutunu çarpıtır – EMC etkisi üretir.

Hen, çoğu fizikçi EMC etkisinin bu yorumunu kabul etti. Hen ile anahtar araştırmaların bir bölümünde çalışan Miller de aynı fikirde.

Ancak herkes Hen’in grubunun sorunun çözüldüğünü düşünmüyor. Illinois’deki Argonne Ulusal Laboratuarı’nda nükleer fizikçi olan Ian Cloët, Hen’in çalışmalarının verilerin tam olarak desteklemediği sonuçlar çıkardığını düşündüğünü söyledi.

“Bence EMC etkisi hala çözülmedi.” dedi Cloët Live Science’a. Çünkü temel nükleer fiziği modeli, Hen’in açıkladığı kısa menzilli çiftlerin çoğunu açıklıyor. Ancak “Bu modeli EMC efektine bakmak ve denemek için kullanırsanız, EMC etkisini tanımlamazsınız. Bu çerçeveyi kullanarak EMC etkisinin başarılı bir açıklaması yoktur. Bence hala bir gizem var. ”

Hen ve ortak çalışanları “cesur” ve “çok iyi bilim” olan deneysel çalışmalar yapıyorlar. Ancak  bu , atom çekirdeği sorununu tam olarak çözmüyor.

“Açık olan, geleneksel nükleer fizik modelinin… bu EMC etkisini açıklayamamasıdır.” dedi. “Şimdi açıklamanın QCD’nin kendisinden gelmesi gerektiğini düşünüyoruz.”

QCD, kuantum kromodinamiği anlamına gelir – kuarkların davranışını yöneten kurallar sistemi. Nükleer fizikten QCD’ye geçiş biraz aynı resme iki kez bakmak gibidir: bir kez birinci nesil bir flip telefonda – bu nükleer fizik – ve daha sonra yüksek çözünürlüklü bir TV’de – kuantum kromodinamiği. Yüksek çözünürlüklü TV çok daha fazla ayrıntı sunuyor ancak yapımı çok daha karmaşık.

Sorun şu ki, bir çekirdekteki tüm kuarkları tanımlayan tam QCD denklemlerinin çözülmesi çok zor, Cloët ve Hen her ikisi de böyle söyledi. Cloët, modern süper bilgisayarların görev için yeterince hızlı olmaktan yaklaşık 100 yıl uzakta olduğunu tahmin ediyor. Ve süper bilgisayarlar bugün yeterince hızlı olsa bile, denklemler onları bir bilgisayara bağlayabileceğiniz noktaya gelmedi, dedi.

Yine de, bazı soruları cevaplamak için QCD ile çalışmanın mümkün olduğunu söyledi. Ve şimdi, bu cevapların EMC etkisi için farklı bir açıklama sunduğunu söyledi: Nükleer Ortalama Alan Teorisi.

Bir çekirdekteki nükleonların % 20’sinin kısa menzil korelasyonlarına bağlı olduğunu kabul etmiyor. Deneyler bunu kanıtlamıyor, dedi. Ve fikirle ilgili teorik problemler var.Bu, farklı bir modele ihtiyacımız olduğunu gösteriyor.

“Sahip olduğum resim, çekirdeğin içinde bu çok güçlü nükleer kuvvetlerin olduğunu biliyoruz.” dedi Cloët. Bunlar, baskın kuvvet alanları hariç, biraz elektromanyetik alanlar gibidir.

Alanlar, o kadar küçük mesafelerde çalışırlar ki çekirdeğin dışında ihmal edilebilir büyüklüktedirler  ancak içlerinde güçlüdürler.

Cloët’in modelinde, “ortalama alanlar” olarak adlandırdığı bu kuvvet alanları (taşıdıkları birleşik güç için) aslında protonların, nötronların ve piyonların (bir tür baskın kuvvet taşıyan parçacık) iç yapısını deforme ederler.

“Tıpkı bir atom alır ve onu güçlü bir manyetik alana koyarsanız, o atomun iç yapısını değiştirirsiniz.” dedi Cloët.

Başka bir deyişle, ortalama alan teorisyenleri Hen’in tarif ettiği kapalı odanın duvarlarında delikler olduğunu düşünüyor ve rüzgar kuarkları yere sermek, esnetmek için esiyor.

Cloët, kısa menzilli korelasyonların büyük olasılıkla EMC etkisinin bir kısmını açıkladığını kabul etti ve Hen, ortalama alanların da muhtemelen bir rol oynadığını söyledi.

Cloët, kısa menzilli korelasyonların büyük olasılıkla EMC etkisinin bir kısmını açıkladığını kabul etti ve Hen, ortalama alanların da muhtemelen bir rol oynadığını söyledi.

“Soru, hâkim olan? ” dedi Cloët.

Cloët ile de yoğun bir şekilde çalışan Miller, ortalama alanın teoride sağlam temellere dayanmada daha çok avantaja sahip olduğunu söyledi. Ancak Cloët henüz gerekli tüm hesaplamaları yapmadı.

Ve şimdi deneysel kanıtların ağırlığı, Hen’in daha iyi argümana sahip olduğunu gösteriyor.

Hen ve Cloët, önümüzdeki birkaç yıldaki deneylerin sonuçlarının sorunu çözebileceğini söyledi. Hen, Virginia’daki Jefferson Ulusal Hızlandırıcı Tesisinde, nükleonları biraz daha yakınlaştıracak, yavaş yavaş araştıracak ve araştırmacıların değişimlerini izlemelerine izin verecek bir denemeye atıfta bulundu. Cloët, dahil olan protonların spinine (kuantum özelliği) dayanarak etkisi bozacak bir “polarize EMC deneyi” görmek istediğini söyledi. Yetkili, hesaplamalara yardımcı olabilecek etkinin görünmeyen ayrıntılarını açığa çıkarabileceğini söyledi.

Her üç araştırmacı da tartışmanın dostane olduğunu vurguladı.

“Harika, çünkü bu hala ilerleme kaydettiğimiz anlamına geliyor.” dedi Miller. “Sonunda, ders kitabında bir şey olacak ve top oyunu sona erecek. … İki rakip fikir olması, bunun heyecan verici ve canlı olduğu anlamına gelir. Ve şimdi bu sorunları çözmek için deneysel araçlara sahibiz. ”

Kaynak:https://www.livescience.com/mystery-of-proton-neutron-behavior-in-nucleus.html

There’s a Giant Mystery Hiding Inside Every Atom in the Universe

There’s a Giant Mystery Hiding Inside Every Atom in the Universe

180 Paylaşımlar

One thought on “Evrendeki Her Atomun İçinde Saklanan Büyük Bir Gizem Var”

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Solve : *
29 + 29 =


This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.