2010 yılında bir grup bilim insanının protonun aslında uzun zamandır doğru olduğu düşünülen yarıçapı ölçülerinin yanlış olduğunu kanıtlamasından sonra, döteronun (hidrojen izotoplarından döteryumun çekirdeği) yarıçapının da yanlış bilindiği ortaya çıktı.
Yıllar önce Codata (Bilim ve Teknoloji Veriler Komitesi) tarafından yapılan ölçümlemeye göre protonun yarıçapı 0.877 femtometre (metrenin katrilyonda biri) olarak bulunmuştu.
Ancak, bilim insanı Randolf Pohl ve Max Planck Enstitüsü Kuantum Optik Bölümü’nden arkadaşları daha önce yapılan ölçümlerdeki büyük bir tutarsızlığı ortaya çıkardı. Yeni bir ölçme tekniği kullanarak bunu gerçekleştiren Pohl ve arkadaşları, hidrojen çekirdeği yörüngesinde bulunan muonların enerji seviyelerindeki değişimleri inceledi. Muonlar elektronla aynı sınıfta bulunan kararsız yapıda atomaltı parçacıklar olup kütleleri elektronun 207 kat daha fazlası.
Araştırmacılar hidrojen atomunun elektronunu daha ağır muon parçacığı ile değiştirerek atomun bir elektron-bir proton yapısını değiştirmiş oldu. Yapısı değişen muon parçacıklı atoma lazer ışın demeti yollayarak enerji seviyesindeki farkı ölçen ekip, atomun proton yarıçapını öğrenmiş oldu.
Pohl ve arkadaşlarının ölçümleri Codata’nın ölçümlerinden yüzde 4 daha az çıktı. Proton yarıçapı bulmacası (proton radius puzzle) işte böyle doğdu. Protonun yarıçapının gerçek değeri uzun bir süre tartışmalara sebep oldu.
Kabul edilen birçok doğru yanlış olabilir
Science dergisinde yayınlanan yeni bir araştırmaya göre de bilim insanları bu sefer Codata’nın döteryum atomunun çekirdeği döteronun yarıçapını da yanlış bir şekilde ölçmüş olabileceği iddiasını ortaya attı. Elektron yerine yine muon kullanılarak yapılan ölçümlere göre döteronun yarıçapı 2.125 femtometre olarak bulundu ki bu Codata’nın bulduğu yarıçapı değerinden birkaç standart sapma (yüzde 0.8) daha azdı.
“Proton ve döteronun yarıçap değerleri ölçüm sırasında muon yerine elektron kullanıldığında bulunan değerlerden farklı” diyen araştırmacılar tutarsızlıkların hem proton hem de döteronda olduğunu belirtti.
Bu bulgular ışığında bilim insanları bir çıkmaza girdiklerini ve bu problemin var olan teorilerle çözümünün mümkün olmayacağı fikir birliğine vardı.
“Bu birbirinden bağımsız tutarsızlıklar deneysel ya da teorik bir hataya işaret ediyor. Dahası fiziğin standart modeline bile aykırı olabilir.”
Yapılan araştırma, sadece Codata’nın ölçümlerinin yanlış olduğunu ortaya çıkarmakla kalmayıp atomlarla ilgili henüz bilinmeyen birçok şey olduğunun altını çizerek proton yarıçapı bulmacasını daha da ilginç hale getirdi.