Paylaşım Yap

Helyum Çekirdeğinin Boyutu, Tarihteki En Yüksek Hassasiyet ile Ölçüldü! Bu Ne Anlama Geliyor ve Ne İşe Yarayacak?

Helyum Çekirdeğinin Boyutu, Tarihteki En Yüksek Hassasiyet ile Ölçüldü! Bu Ne Anlama Geliyor ve Ne İşe Yarayacak? Helyum
6 dakika
3,558
Tarihi Geçmiş Haber

Bu haber 3 yıl öncesine aittir. Haber güncelliğini yitirmiş olabilir; ancak arşivsel değeri ve bilimsel gelişme/ilerleme anlamındaki önemi dolayısıyla yayında tutulmaktadır. Ayrıca konuyla ilgili gelişmeler yaşandıkça bu içerik de güncellenebilir.

Tüm Reklamları Kapat

Helyum çekirdeğinin boyutu, içinde bir elektronun daha ağır kuzeni olan muon ile yer değiştirdiği egzotik helyum atomları kullanılarak ölçüldü. Bu bulgu, protonun yarıçapına yönelik on yıllık bir bilmeceyi açıklığa kavuşturuyor.

Helyum, evrende hidrojenden sonraki en yaygın elementtir. Helyumun en yaygın izotopu olan Helyum-4, α parçacığı (alfa parçacığı) olarak da adlandırılır ve çekirdeğinde iki proton ve iki nötron barındırır. Bu parçacık diğer hafif çekirdeklere göre daha yoğundur. Örneğin, hidrojenin izotopu olan ve çekirdeğinde yalnızca bir proton ve bir nötron barındıran döteryum atomundan %20 daha küçüktür. Alfa parçacığının gerçek boyutu, protonun yarıçapının sanılanın aksine çok daha küçük olduğunu öne süren on yıllık bir deney nedeniyle, özellikle ilgi çekicidir. Bu sonuç parçacık fiziği içerisinde değerlendirilen standart modeldeki kayıp parçalar hakkında daha fazla spekülasyon oluşmasına neden oldu. Krauth ve arkadaşları, Nature'da bu tür açıklamaları çok fazla sınırlandıran ve nükleer yapı teorisi için bir kıstas oluşturan alfa parçacığının boyutu ile ilgili bir tespit yapıyor.[1]

Ölçüm İçin Lazer Spektroskopisi Kullanıldı!

Yazarlar, lazer spektroskopisi olarak bilinen bir teknik kullanarak α-parçacık boyutunu ölçtüler. Bu yaklaşım, atomların ışığı yalnızca atomik yapının ayrıntıları tarafından belirlenen -yani negatif yüklü elektronların pozitif yüklü çekirdekle ve birbirleriyle etkileşimi ile belirlenen- kesikli frekanslarda yayabileceği ve soğurabileceği gerçeğine dayanmaktadır. Protonlar, çekirdeğin yüklü bileşenini oluşturur. Protonların sayısı elementi belirler ve uzamsal kapsamları, çekirdeğin boyutunu tanımlayan nükleer yük yarıçapı adı verilen bir özellik ile nitelendirilir.

Tüm Reklamları Kapat

Soğurma ve emisyonun tam frekansları, az da olsa çekirdek yüküne bağlıdır. Bu nedenle, bu özellik, atomik yapı, frekansları etkileyen diğer tüm faktörlerin yeterince doğru bir şekilde hesaplanması adına yeterince iyi anlaşılırsa belirlenebilir. Bu alanda göz ardı edilemeyecek kadar önemli gelişmeler olmasına rağmen, bu sonuçlar şu an yalnızca çekirdeğe bağlı bir elektron ya da benzer bir parçacık içeren iki yapılı sistemler için geçerli. Yeni bir parçacık eklemek ise karmaşıklığı akıl almayacak bir şekilde artırıyor ve bu yüzden kuantum mekaniği hesaplamaları şu an başa çıkılabilir değil. Sonuç olarak, lazer spektroskopisi yalnızca protonun ve döteryum çekirdeğinin boyutlarını elde etmek için kullanılabiliyor.[2], [3]

Krauth ve çalışma arkadaşları, bu yaklaşımı α parçacığı üzerinde uygulamak için zekice bir yöntem kullandılar. Elektronların ağır kuzeni olan negatif yüklü müonları az yoğunluklu bir helyum gazının içine enjekte ettiler. Müonlar arasındaki çarpışmalar ve gaz, müonların enerji kaybetmesine neden oldu ve belirli bir müon, helyum atomu içindeki iki elektrondan biri ile yer değiştirebildi (şekil 1). Bu müon sonrasında çok daha fazla enerji kaybederek atom çekirdeğine daha da yaklaştı. Bu aşamada ikinci elektron, α parçacığı ve bir müondan oluşan pozitif yüklü bir iyon oluşturarak atomdan dışarı atıldı.

Şekil 1 /  Helyum çekirdeğinin boyutunu ölçmek. a, Helyum atomunun α parçacığı olarak da bilinen çekirdeği, iki elektronla çevrili iki proton ve iki nötrondan oluşur. Krauth, bir müonun dışarı atılarak helyum atomundaki bir elektron ile yer değiştirdiği bir deney yürüttü. b, Bu müon aşamalı olarak çekirdeğe yaklaştı ve atomdaki ikinci elektronu dışarı ittirdi. c, Bu sürecin sonunda α parçacığından ve bir müondan oluşan pozitif yüklü müonik helyum iyonu elde edildi. Araştırmacılar bu oluşumdan kısa bir süre sonra bu iyona bir lazer ışını ile ateş ettiler. Bazı durumlarda, müon çekirdeğe daha fazla yaklaşarak tek bir X-ray fotonu üretti. Araştırmacılar bu X-ray emisyonunu analiz ederek helyum çekirdek boyutunu daha önce görülmemiş bir hassasiyetle hesaplamayı başardılar.
Şekil 1 / Helyum çekirdeğinin boyutunu ölçmek. a, Helyum atomunun α parçacığı olarak da bilinen çekirdeği, iki elektronla çevrili iki proton ve iki nötrondan oluşur. Krauth, bir müonun dışarı atılarak helyum atomundaki bir elektron ile yer değiştirdiği bir deney yürüttü. b, Bu müon aşamalı olarak çekirdeğe yaklaştı ve atomdaki ikinci elektronu dışarı ittirdi. c, Bu sürecin sonunda α parçacığından ve bir müondan oluşan pozitif yüklü müonik helyum iyonu elde edildi. Araştırmacılar bu oluşumdan kısa bir süre sonra bu iyona bir lazer ışını ile ateş ettiler. Bazı durumlarda, müon çekirdeğe daha fazla yaklaşarak tek bir X-ray fotonu üretti. Araştırmacılar bu X-ray emisyonunu analiz ederek helyum çekirdek boyutunu daha önce görülmemiş bir hassasiyetle hesaplamayı başardılar.
Nature

Müonik helyum iyonunun atom yapısı teorik olarak çok yüksek bir kesinlikle belirlenebilir. Dahası, müon kütlesel olarak elektrondan yaklaşık 200 kat daha ağır olduğu için, helyum çekirdeğine elektronun duracağından 200 kat daha yakın bir konumda bulunuyor. Sonuç olarak lazer spektroskopisi, sıradan tek yüklü helyum iyonunun aksine müonik helyum iyonu kullanıldığında α parçacık boyutuna yaklaşık sekiz milyon kat daha hassas. Kayda değer hassaslık şu anki çalışma için gerekli olan deneysel eforun büyüklüğünü doğruluyor.

Bir müon, bir elektrona ve nötrinolar denilen yakalanması zor parçacıklara bölünmeden önce yalnızca iki mikrosaniye kadar bir süre var olabiliyor. Bu nedenle, Krauth ve ekibinin kendi deneysel çemberlerine giren ve bir müonik helyum iyonu yaratabilecek potansiyeli olan her bir müonu tespit etmesi ve daha sonra bu müonik helyum iyonu oluşumunun bir mikrosaniyesi içinde iyi tanımlanmış bir frekansta lazer ateş etmesi gerekiyordu (Şekil 1). Sonunda, lazer uyarımından sonra yayılmış olan iyondan çıkan tek bir X-ray fotonunu ve bir müonun bozunumundan sonra üretilen elektronu belirlemeleri gerekiyordu. Doğru lazer frekansında, bu aksiyonların saat başına yaklaşık 8 tanesi tespit edildi ve diğer atomik süreçlere bağlı olarak meydana gelen 50,000 tepkimeden ayırt edilmesi gerekti.

Tüm Reklamları Kapat

Bu cesur çabanın sonucu olarak α parçacığının yarıçapı yalnızca 1 attometre (10-18 metre) hassasiyetle ölçüldü - ki bu ölçüm, proton yarıçapının kabaca 1000'de birine denktir. Bu değer, elektron-helyum saçılımına dayanarak yapılan ölçümlerden 5 kat daha hassastır.[4] Bu bulgu kulağa oldukça akademik gelse de, temel fiziğin pek çok alanı için çok önemli. Özellikle ilk kez müonik atomların ve elektron saçılımının lazer spektroskopileri bu kadar tutarlı sonuçlar verdi, halbuki aynı durum proton ve döteryum çekirdeği için söz konusu değildi.

Araştırmanın Geleceğe Dönük Önemi

1. Proton Yarıçapı Bilmecesini Çözebilir!

Protonun yarıçapı için müonik hidrojenden elde edilen değer, elektron saçılması ve basit hidrojenin lazer spektroskopisi dahil olmak üzere diğer yaklaşımlardan elde edilmiş ve önceden kabul görmüş değerden yaklaşık olarak %4 daha küçüktü.[2] Proton yarıçapı hakkındaki bu bulmaca, müonlar ve standart modelde yer almayan diğer parçacıklar arasındaki etkileşimle ilgili süreçler hakkında birçok teorinin oluşmasına yol açtı.[5] Bununla birlikte, helyum konusundaki anlaşma, bu spekülatif süreçlerin birçoğunu dışarıda bırakıyor çünkü bunların müonik helyumda olduğu kadar müonik hidrojen ve müonik döteryumda da meydana gelmemesi için hiçbir neden yok.

2. Kuark Seviyesinde Nükleer Yapı Modeli İnşa Edilebilir!

Krauth ve meslektaşlarının ölçümleri başlangıçta nükleer yapı modellerini iyileştirmek için de kullanılabilir. Atomik yapı, iyi anlaşılmış elektromanyetik etkileşim tarafından belirlenirken nükleer yapı, çok daha karmaşık olan güçlü nükleer kuvvet tarafından yönetilir. Topluca nükleon olarak bilinen çekirdekteki proton ve yüksüz nötron birliği, karmaşık bir iç yapıya sahiptir. Her bir nükleon kuark denilen ve güçlü nükleer kuvvetle birbirine bağlı olan üç temel parçacıktan oluşur. Çekirdeğin kendisi, nükleon sınırlarının ötesinde devam eden ve yalnızca bir femtometreden (10-15 m) daha kısa mesafelerde etki eden güçlü kuvvet kalıntısıyla bağlanır.

Fizikçilerin nükleer yapıyı kuark seviyesindeki bir tanıma dayandırarak açıklayabilecek bir teorisi henüz yok. Bunun yerine fizikçiler, tek tek nükleonlar arasındaki 'etkili' kuvvetleri dikkate alan ilkin nükleer yapı modellerine güvenirler. Bu modellerin formülleştirilmesi için hafif nükleer sistemleri tanımlayan kritik parametrelerin bilinmesi gerekir. Şimdi elde edilen α parçacığının yük yarıçapı bu parametrelerden biri olarak işe yarayabilir.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

3. Ağır Elementlerin Nükleer Yarıçapları Hassaslıkla Hesaplanabilir!

Araştırmacıların bulgusu, ayrıca, helyumdan daha ağır elementlerin nükleer yük yarıçaplarının hassas ölçümlerini sağlayacak planlı deneyler için bir mihenk taşı niteliğinde. Bu hedef, helyum benzeri iki elektronlu sistemler için gerekli kuantum mekaniksel hesaplamalar hazır olduğunda ulaşılabilir olacaktır. Bu yöndeki teorik ve deneysel çalışmalar hala devam etmektedir.[6], [7] Helyumun ölçülen yük yarıçapı, bu tür hesaplamalar için ideal bir ölçüm durumu olarak hizmet edecektir. Birlik sağlanırsa, lityumdan nitrojene en azından tüm kararlı izotopların yük yarıçaplarını, ilgili helyum benzeri iyonlar üzerinde lazer spektroskopisi yaparak belirlemek mümkün olmalıdır. Bu tür iyonlar, büyük parçacık hızlandırıcı tesislerinde benzer müonik sistem çalışmaları için gerekenden çok daha az bir çabayla küçük laboratuvar deneyleri sonucunda üretilebilir.

Bu Makaleyi Alıntıla
Okundu Olarak İşaretle
23
0
  • Paylaş
  • Alıntıla
  • Alıntıları Göster
Paylaş
Sonra Oku
Notlarım
Yazdır / PDF Olarak Kaydet
Bize Ulaş
Yukarı Zıpla

İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!

Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.

Soru & Cevap Platformuna Git
Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • Umut Verici! 8
  • Tebrikler! 7
  • İnanılmaz 4
  • Bilim Budur! 2
  • Muhteşem! 1
  • Mmm... Çok sapyoseksüel! 1
  • İğrenç! 1
  • Korkutucu! 1
  • Güldürdü 0
  • Merak Uyandırıcı! 0
  • Üzücü! 0
  • Grrr... *@$# 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  1. Çeviri Kaynağı: Nature | Arşiv Bağlantısı
Tüm Reklamları Kapat

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 22/04/2024 19:44:29 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/10144

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Keşfet
Akış
İçerikler
Gündem
Veri
Diş Hekimliği
Besin
Toplum
Hücreler
Bilgi
Gün
Yok Oluş
Görüş
Komplo
Görelilik
Yeşil
Nobel Ödülü
Bilimkurgu
Karanlık Madde
Aşırı
Tarım
Paleontoloji
Komplo Teorisi
Boyut
Türlerin Kökeni
Asit
Ağız Sağlığı
Gebelik
Mantık Hatası
Aklımdan Geçen
Komünite Seç
Aklımdan Geçen
Fark Ettim ki...
Bugün Öğrendim ki...
İşe Yarar İpucu
Bilim Haberleri
Hikaye Fikri
Video Konu Önerisi
Başlık
Gündem
Kafana takılan neler var?
Bağlantı
Kurallar
Komünite Kuralları
Bu komünite, aklınızdan geçen düşünceleri Evrim Ağacı ailesiyle paylaşabilmeniz içindir. Yapacağınız paylaşımlar Evrim Ağacı'nın kurallarına tabidir. Ayrıca bu komünitenin ek kurallarına da uymanız gerekmektedir.
1
Bilim kimliğinizi önceleyin.
Evrim Ağacı bir bilim platformudur. Dolayısıyla aklınızdan geçen her şeyden ziyade, bilim veya yaşamla ilgili olabilecek düşüncelerinizle ilgileniyoruz.
2
Propaganda ve baskı amaçlı kullanmayın.
Herkesin aklından her şey geçebilir; fakat bu platformun amacı, insanların belli ideolojiler için propaganda yapmaları veya başkaları üzerinde baskı kurma amacıyla geliştirilmemiştir. Paylaştığınız fikirlerin değer kattığından emin olun.
3
Gerilim yaratmayın.
Gerilim, tersleme, tahrik, taciz, alay, dedikodu, trollük, vurdumduymazlık, duyarsızlık, ırkçılık, bağnazlık, nefret söylemi, azınlıklara saldırı, fanatizm, holiganlık, sloganlar yasaktır.
4
Değer katın; hassas konulardan ve öznel yoruma açık alanlardan uzak durun.
Bu komünitenin amacı okurlara hayatla ilgili keyifli farkındalıklar yaşatabilmektir. Din, politika, spor, aktüel konular gibi anlık tepkilere neden olabilecek konulardaki tespitlerden kaçının. Ayrıca aklınızdan geçenlerin Türkiye’deki bilim komünitesine değer katması beklenmektedir.
5
Cevap hakkı doğurmayın.
Bu platformda cevap veya yorum sistemi bulunmamaktadır. Dolayısıyla aklınızdan geçenlerin, tespit edilebilir kişilere cevap hakkı doğurmadığından emin olun.
Ekle
Soru Sor
Sosyal
Yeniler
Daha Fazla İçerik Göster
Popüler Yazılar
30 gün
90 gün
1 yıl
Evrim Ağacı'na Destek Ol

Evrim Ağacı'nın %100 okur destekli bir bilim platformu olduğunu biliyor muydunuz? Evrim Ağacı'nın maddi destekçileri arasına katılarak Türkiye'de bilimin yayılmasına güç katın.

Evrim Ağacı'nı Takip Et!
Yazı Geçmişi
Okuma Geçmişi
Notlarım
İlerleme Durumunu Güncelle
Okudum
Sonra Oku
Not Ekle
Kaldığım Yeri İşaretle
Göz Attım

Evrim Ağacı tarafından otomatik olarak takip edilen işlemleri istediğin zaman durdurabilirsin.
[Site ayalarına git...]

Filtrele
Listele
Bu yazıdaki hareketlerin
Devamını Göster
Filtrele
Listele
Tüm Okuma Geçmişin
Devamını Göster
0/10000
Bu Makaleyi Alıntıla
Evrim Ağacı Formatı
APA7
MLA9
Chicago
W. Nörtershäuser, et al. Helyum Çekirdeğinin Boyutu, Tarihteki En Yüksek Hassasiyet ile Ölçüldü! Bu Ne Anlama Geliyor ve Ne İşe Yarayacak?. (27 Şubat 2021). Alındığı Tarih: 22 Nisan 2024. Alındığı Yer: https://evrimagaci.org/s/10144
Nörtershäuser, W., Dindar, M. S., Özdil, A. Ş. (2021, February 27). Helyum Çekirdeğinin Boyutu, Tarihteki En Yüksek Hassasiyet ile Ölçüldü! Bu Ne Anlama Geliyor ve Ne İşe Yarayacak?. Evrim Ağacı. Retrieved April 22, 2024. from https://evrimagaci.org/s/10144
W. Nörtershäuser, et al. “Helyum Çekirdeğinin Boyutu, Tarihteki En Yüksek Hassasiyet ile Ölçüldü! Bu Ne Anlama Geliyor ve Ne İşe Yarayacak?.” Edited by Ayşegül Şenyiğit Özdil. Translated by Mina Su Dindar, Evrim Ağacı, 27 Feb. 2021, https://evrimagaci.org/s/10144.
Nörtershäuser, Wilfried. Dindar, Mina Su. Özdil, Ayşegül Şenyiğit. “Helyum Çekirdeğinin Boyutu, Tarihteki En Yüksek Hassasiyet ile Ölçüldü! Bu Ne Anlama Geliyor ve Ne İşe Yarayacak?.” Edited by Ayşegül Şenyiğit Özdil. Translated by Mina Su Dindar. Evrim Ağacı, February 27, 2021. https://evrimagaci.org/s/10144.
ve seni takip ediyor

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close