دقیق‌ترین مقدار جرم پروتون
مجله علمی ایلیاد - گروهی بین‌المللی از فیزیکدانان آلمانی و ژاپنی جرم اتمی پروتون را به دقیق‌ترین شکل ممکن اندازه‌گیری کردند. مقدار به‌دست آمده سه برابر دقیق‌تر از آن چیزی است که در کتاب‌ها و مقالات دیده می‌شود.
محققان گفتند: «پروتون هسته‌ی اتم هیدروژن و یکی از پایه‌های اساسی سایر هسته‌های اتم است. جرم پروتون پارامتر مهمی در فیزیک اتمی است؛ این جرم یکی از عوامل موثر بر چگونگی حرکت الکترون‌ها به دور هسته‌ی اتم نیز است که در طیف نشان داده شده است. رنگ‌های روشنِ طول‌موج‌ها نشان‌دهنده‌ی اتم‌هایی با قابلیت جذب و نشر دوباره‌ی نور است. در اثر مقایسه‌ی این طول موج‌ها با پیش‌بینی‌های نظری، مي‌توان نظریه‌های اساسی فیزیک را آزمود. علاوه بر این، مقایسه‌ی دقیق جرم‌های پروتون و پادپروتون می‌تواند در جستجوی تفاوت‌های اساسی میان ماده و پادماده کمک شایانی کند.»
فیزیکدانان برای تعیین دقیق‌تر جرم پروتون، به اندازه‌گیری فوق‌العاده دقیقی در سامانه‌ی پیشرفته‌ی تله‌ی «پنينگ» رسیدند. آنان اظهار داشتند: « تله‌‌های پنينگ مقیاس‌های مناسبی برای یون‌ها هستند. در چنین تله‌ای می‌توان ذرات تک‌بار بی‌نهایتی را با بهره‌گیری از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی محبوس کرد، مثل ذره‌ی پروتون. ذرات به تله افتاده حرکت دوره‌ای با فرکانس نوسانی خاصی انجام می‌دهد. امکان اندازه‌گیری این فرکانس و محاسبه‌ی جرم ذره از آن وجود دارد. به‌منظور دستیابی به دقت بالای هدف‌گذاری شده، روش اندازه‌گیری دقیق و حساسی مورد نیاز بود.»
ایزوتوپ کربن 12C با جرم ۱۲ واحد جرم اتمی به‌عنوان استاندارد جرم اتمی تعریف شده است. فیزیکدانان افزودند: «ما در ابتدا هر یون پروتون و کربن را در محفظه‌های جداگانه دستگاه تله‌ی پنينگ خود ذخیره کردیم و سپس هر کدام از دو یون را به درون محفظه‌ی اندازه‌گیری مرکزی انتقال داده و حرکت آن‌را مورد اندازه‌گیری قرار دادیم.»
با توجه به نسبت دو مقدار اندازه‌گیری شده، گروه پژوهشی جرم پروتون را مستقیماً در واحدهای اتمی محاسبه کرد. دستگاه اندازه‌گیری به تجهیزات الکترونیکی بسیار پیشرفته‌ای مجهز بود. دکتر «آندرس موسر» عضو گروه و محققی از آزمایشگاه RIKEN در ژاپن بیان کرد: «این دستگاه پیشرفته به ما اجازه داد تا پروتون را تحت شرایط یکسانی، علی‌رغم جرم ۱۲ برابر کمتری که داشت، به‌عنوان یون کربن اندازه بگیریم.»
جرم محاسبه شده پروتون عبارتست از منفی (29)(15)1.007276466583 واحد جرم اتمی که سه برابر دقیق‌تر از مقدار پذیرفته شده آن است. دو عدد داخل پرانتز (۲۹) و (۱۵) به ترتیب نشان دهنده‌ی نامعلومى‌های آماری و سیستماتيک اندازه‌گیری هستند. محققان گفتند: «با دقت ۳۲ بخش در هر تریلیون، نتیجه‌ی به‌دست آمده نه تنها مقدار ذکر شده در کمیته‌ی داده‌های علوم و فناوری «CODATA» را بهبود می‌بخشد؛ بلکه با انحراف معیار سه درجه‌ای با آن مقدار مخالفت می‌کند.»
اندازه‌گیری‌های انجام شده توسط سایر محققان در جرم اتم تريتيم (سنگین‌ترین ایزوتوپ هیدروژن) و جرم هلیوم سبک به ناهمخوانی‌هایی منجر گردید. دکتر «کلوس بلوم» عضو گروه و محققی از موسسه‌ی فیزیک ماکس پلانک گفت: «نتایج ما به حل این معما کمک می کند، زیرا جرم پروتون را در جهت مناسبی تصحیح می‌کند.» این مقاله در مجله Physical Review Letters منتشر شد.
نوشته: SciNews
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد
ترجمه: منصور نقی‌لو - مجله علمی ایلیاد