انتشار این مقاله


پروتون سبک‌تر از آن است که فکر می‌کردیم!

در آزمایشی جدید و هوشمندانه، فیزیکدانان دریافته‌اند که ذره‌ای مانند پروتون، سبک‌تر از آن است که قبلا تصور می‌شد.

در آزمایشی جدید و هوشمندانه، فیزیکدانان دریافته‌اند که ذره‌ای مانند پروتون، سبک‌تر از آن است که قبلا تصور می‌شد.


ذرات کوچک دارای بار مثبت که به عنوان پروتون شناخته می‌شوند در همه جا هستند. آن‌ها در مرکز هر اتم ساکن هستند و بخش اعظم خورشید و دیگر ستارگان را تشکیل می‌دهند و بسیار سبک هستند (KG 27- 10). اما در دهه‌های اخیر، فیزیکدانان میدان الکتریکی و مغناطیسی قوی را در دستگاهی به نام Penning trap به منظور اندازه‌گیری دقیق‌تر جرم پروتون ترکیب می‌کنند. در این آزمایش، میدانهای الکتریکی و مغناطیسی پروتون را در حالی که میدان مغناطیسی آن را در مسیر دورانی حرکت می‌کند گیر می‌اندازند. در حین چرخش، پروتون با فرکانس متناسب با جرم آن مرتعش می‌شود یا نوسان می‌کند. محققان می‌توانند با اندازه گیری این فرکانس جرم پروتون را محاسبه کرده و آن را با یک مرجع – که معمولا با هسته اتم کربن -۱۲ که به عنوان ۱۲ واحد جرم اتمی (amu) تعریف می شود- مقایسه کنند.

اما هیچ آزمایشی کامل نیست. امواج مغناطیسی در زمان و مکان تغییر می‌کنند و باعث ایجاد خطاهای اندازه‌گیری کوچکی می‌شوند. برای کاهش تاثیر این نوسانات، گروهی از فیزیکدانان در ماینز آلمان، هسته کربن و پروتون را در تله‌ی ذخیره‌ی جداگانه گذاشتند، سپس به‌سرعت آن‌ها به داخل و خارج از تله‌ اندازه‌گیری منتقل کردند. گرچه مبادله هسته و پروتون در آزمایش‌های قبلی بیش از ۳۰ دقیقه زمان نیاز داشت ، آزمایش گروه آلمانی با محدود کردن فرصت‌های اشتباه تنها ۳ دقیقه زمان نیاز داشت. همچنین تیم آشکارسازهای حرکتی بیشتری را به مجموعه‌ی خود افزود، که منجر به اندازه‌گیری با دقت کلی ۳۲ قسمت در تریلیون شد.

محققان این جرم را ۱.۰۰۷۲۷۶۴۶۶۵۸۳ واحد جرم اتمی ارزیابی کردند. این گزارش تقریبا ۳۰ میلیاردم درصد کمتر از مقدار میانگین آزمایش‌های گذشته است. این ظاهراً یک تفاوت کوچک است اما به‌علت داشتن سه انحراف استاندارد قابل‌توجه است. (برای مقایسه، دانشمندان معمولا دو انحراف استاندارد را برای یک نتیجه تجربی راضی‌کننده نظر می‌گیرند.)

نمودار انحراف معیار استاندارد

سون استورم، فیزیکدان مؤسسه فیزیک هسته‌ای مکس پلانک در هایدلبرگ آلمان و رهبر گروه، مطمئن نیست که چرا محققان دیگر این مقدار جرم اضافی را اندازه‌گیری می‌کنند، اما مظنون به منابع پنهانی خطا است. او اضافه می‌کند که نتایج تیمش از آن‌هایی است که جرم اتمی هلیم ۳ که از دو پروتون و یک نوترون ساخته شده است اندازه‌گیری کردند.
تیم آلمان اکنون قصد دارد دقت خود را با اندازه‌گیری پروتون و یون کربن در تله‌های جداگانه به‌طور همزمان که باعث حذف نوسانات اضافی میدان مغناطیسی می‌شود، اثبات کند. یکی از اعضای گروه نیز سعی خواهد کرد وزن آنتی پروتون را اندازه بگیرد. حتی یک تفاوت کوچک بین جرم پروتون و آنتی‌پروتون می‌تواند به توضیح این‌که چرا جهانی که می‌بینیم از ماده و ضدماده تشکیل شده است، کمک می‌کند. ضد ماده بسیار نادر است.


مقاله مرتبط: پادپروتون؛ زیر ذره‌بین گشتاور


استورم همچنین از گروه‌های تحقیقاتی دیگر می‌خواهد اندازه گیری‌های مستقل انجام دهند تا اطمینان حاصل شود که نتایج تیمش برخی خطاهای پنهانی را ندارد. (دو گروه اصلی که اندازه‌گیری‌های قبلی را انجام می‌دادند دیگر فعال نیستند.)

او می‌گوید:

من بسیار خوشحال خواهم شد که گروه‌های بیشتری را در این سطح دقیق از اندازه‌گیری ببینم، به‌این ترتیب می‌توانیم مقادیر را مقایسه کنیم و امیدوار باشیم که باهم سازگار باشند.

فاطمه مسیب‌پور


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *