İlk defa, bilim insanları tek bir proton ve tek bir elektron arasındaki zayıf nükleer kuvvetin şiddetini ölçmeyi başardılar.
Fizikte dört temel kuvvet vardır: Kütleçekim kuvveti, elektromanyetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Ve bu kuvvetler temel atom altı parçacıkların birbirleri ile etkileşimlerinden ileri gelirler. Bunlardan biri olan zayıf nükleer kuvvetin erimi de şiddeti de oldukça az ve zayıftır. Öyle ki, zayıf nükleer kuvvetin şiddeti güçlü nükleer kuvvete göre milyarda bir oranında daha zayıftır.
Zayıf nükleer kuvvet temel parçacıklar üzerindeki etkisinin yanı sıra yıldızların nükleer füzyon yaparak ışık ve ısı yaymasında rolü olan bir temel kuvvettir.
Nature dergisinde yayınlanan bir makalede, ABD’deki Jefferson Laboratuvarı’ndan bilim insanları ve Q-Weak İşbirliği içerisinde yer alan uluslararası bir araştırmacı grubu protonun doğal ve önemli bir özelliğini yani “zayıf yükü”nü ilk defa hassas bir şekilde ölçmeyi başardılar.
Protonun bu özelliği onun dört temel kuvvetten biri olan zayıf nükleer kuvvet ile nasıl güçlü bir şekilde etkileştiğini belirlemektedir.
Araştırmacılar bu zayıf yükün değerinin 0,0719 olduğunu ölçtüler. Fakat bu değeri ölçmelerinden ziyade bunu nasıl yaptıkları bu çalışmayı daha önemli kılmakta.
Protonun son derece zayıf kuvvetini ölçebilmek için araştırmacıların bunu fark edebilecekleri bir deneye ihtiyaçları vardır. Qweak adını verdikleri bu deney hızlandırılmış elektronlarla protonları vurulmasını içeriyordu. Bu elektronlar da spin olarak adlandırılan bir özelliğe sahiptir. Bu özellik elektronları hareket ettikleri yöne göre veya ona karşı hizalayabilir. Elektromanyetik kuvvet için bu hizalanmanın nasıl olduğu önemli değildir, ancak zayıf nükleer kuvvet elektronun nasıl hareket ettiğine bağlı olarak biraz farklı olacaktır. Bu farkın ölçülmesiyle protonun zayıf yükü hesaplandı.
Parite simetrisi olarak adlandırılan ihlal etme zayıf kuvvet üzerine yapılan bu deneyin temelini oluşturmaktadır. İki yönden birinde spine sahip elektronları protonların üzerine hızlandırılarak gönderilmesi spinlerinin helisitesi veya yönüne bağlı olarak protonların hassas bir şekilde sekmelerine neden olur.
Deneyin sonuçlarında, bu sekme veya oluşan fark Standart Model’e göre beklenebilecek düzeyde olduğu için keşfin kendisi çok önemli sonuçlara yol açmıyor. Zaten, deneydeki ölçümlerde beklenenden farklı bir sapma olsaydı bu temel parçacıklar arasında olan ve henüz bilinmeyen bir kuvvetin işaretini verirdi.
Bu sonuçlar “zayıf karışma açısı”nı ölçmek için başka bir şans sundu. Yeterince yüksek enerjilerde, zayıf nükleer kuvvet ve elektromanyetizma bir “elektrozayıf” kuvvete birleştiği için bu zayıf karışma açısı bu iki kuvvet ayrılmaya başladıktan sonrasıyla ilgili önemli bir sayıdır. Qweak deneyi bunun için en hassas ölçümleri sağlamıştır.
Dr. Gökhan Atmaca
Twitter: twitter.com/kuarkatmaca
Instagram: instagram.com/anadoluca
Kuark Bilim Topluluğu Bilim Sitesi Kuark.Org’u Facebook’ta Takip Edebilirsiniz.
Referanslar:
Ryan F. Mandelbaum, Physicists Measure Precise Value of Proton’s ‘Weak Charge’ for the First Time, Gizmodo
Mike Mcrae, For The First Time, Physicists Have Precisely Measured The Weak Nuclear Force , Sciencealert
