پروتوننىڭ رادىئوسى ھەققىدىكى سىر ئاخىرى يىشىلدى

پروتوننىڭ رادىئوسى ھەققىدىكى سىر ئاخىرى يىشىلدى

ھازىرقى زامان فىزىكىسىدا فىزىكا ئالىملىرى ھەمىشە ئېلېكتروننى رادىئۇسى 0 بولغان نۇقتا زەررىچىسى دەپ قارايدۇ، پروتوننى بولسا ئۈچ كۋارك ۋە بەزى كوللوئىدلاردىن تۈزۈلگەن يۇمىلاق شار دەپ قارايدۇ.

بۇ يۇمىلاق شارنىڭ رادىئۇسى 0 گە تەڭ ئەمەس، لېكىن پروتوننىڭ رادىئۇسى زادى قانچىلىك؟بۇ مەسىلىگە ئېنىق جاۋاب بېرىلمەيلا قالماستىن، يەنە مۇنداق بىر تالاش ـ تارتىش كېلىپ چىقتى: ئىككى خىل ئۇسۇل ئارقىلىق ئۆلچەنگەن پروتون رادىئۇسىدا كېلىشتۈرگىلى بولمايدىغان ئىختىلاپ مەۋجۇت.

 «تەبىئەت»ژۇرنىلىدا ئېلان قىلىنغان بىر تۈرلۈك ئەڭ يېڭى تەتقىقاتتا، بۇ تېپىشماقنىڭ جاۋابى باردەك قىلىدۇ: تەتقىقات كوللېكتىپى پروتون ـ ئېلېكترونلۇق چېچىلىش ئارقىلىق ئۆلچىگەن ئەڭ يېڭى پروتون رادىئۇسى 0.831 ئۇچار مېتىر ( بىر ئۇچار مېتىر 10 ـ 15 مېتىر،يەنى كەسىر چىكىتىدىن كىيىن 14دانە نۆلنىڭ ئارقىسىغا 1يېزىلىدۇ )بولۇپ، ئىلگىرىكى ئۆلچەش قىممىتىدىن تەخمىنەن 5% كىچىك بولۇپ ، ئىككى خىل تەجرىبە ۋاسىتىسى ئېرىشكەن پروتون رادىئۇسى ئاخىرى بىرلىككە كەلدى.

كامپتون دولقۇن ئۇزۇنلۇقى 

ھالبۇكى 1918ـ يىلى، شۇ چاغدا ئەنگلىيە كامبرىج ئۇنىۋېرسىتېتى كاۋېندىش تەجرىبىخانىسىنىڭ مۇدىرى بولغان فىزىكا ئالىمى لۇسېفۇ پروتوننى تۇنجى قېتىم بايقىغان.ئۇ رەھبەرلىك قىلغان تەتقىقات گۇرۇپپىسى رادىي زەررىچىسى ئارقىلىق ئازوت ئاتومىنىڭ يادروسىنى توپقا تۇتقاندا، نۇر چاقنىتىپ تەكشۈرۈش ئەسۋابى ئارقىلىق ھىدروگېن ئاتومىنىڭ يادروسىنى، يەنى پىروتوننىڭ ئالامەتلىرىنى خاتىرىلىۋالغان.بىراق، ئەينى چاغدىكى تەجرىبە ۋاسىتىسى پروتوننىڭ رادىئۇسىنى تەكشۈرۈپ چىقالمىغان.

كۋانت مېخانىكىسىنىڭ بارلىققا كېلىشى ئالىملارنى پروتوننى تەسۋىرلەيدىغان يېڭى يولغا ئىگە قىلدى.كۋانت مېخانىكىسى نۇقتىسىدىن ئېيتقاندا، پروتونمۇ بىر خىل مىكرو زەررىچە، يەنى دولقۇن ۋە زەررىچىدىن ئىبارەت ئىككى ياقلىمىلىققا ئىگە.نەزەرىيە جەھەتتىن ئېيتقاندا، مىكرو زەررىچىلەرنىڭ چوڭ ـ كىچىكلىكىنى كامپتون دولقۇن ئۇزۇنلۇقى ئارقىلىق تەسۋىرلەشكە بولىدۇ:

بۇ يەردە 

h

پلانك تۇراقلىق سانى، 

m

 بولسا پروتوننىڭ ماسسىسى، 

c 

بولسا نۇر تېزلىكى.

پروتوننىڭ ماسسىسىنى يۇقىرىقى فورمۇلاغا سالغاندا، پروتوننىڭ دولقۇن ئۇزۇنلۇقى 1.32 ئۇچار مېتىر ئىكەنلىكىنى ھېسابلاپ چىققىلى بولىدۇ.

بۇ سانلىق مەلۇمات مۇئەييەن پايدىلىنىش قىممىتىگە ئىگە بولۇپ، ئۇنى پىروتوننىڭ ئەڭ كىچىك دىيامېتىرى دەپ چۈشىنىشكە بولىدۇ.بۇ مۆلچەردە پروتوننىڭ ئىچكى قىسمىدىكى گۇرۇپپىلىنىش يورۇقلۇق تېزلىكىدە ھەرىكەت قىلىدۇ، ئەمما ئۇنىڭ ئەمەلىي ھەرىكەت تېزلىكى يورۇقلۇق تېزلىكىدىن تۆۋەن بولىدۇ، شۇڭا مۆلچەردىكى قىممەت ئەمەلىي قىممەتتىن كىچىكرەك بولىدۇ.شۇڭا، كومپتون دولقۇن ئۇزۇنلۇقى ئارقىلىق پروتوننىڭ چوڭ ـ كىچىكلىكىنى مۆلچەرلەش ئانچە ئىنچىكە ئەمەس.پروتونغا نىسبەتەن ئېيتقاندا، ئۇنىڭ ئۆزى كۋارك بىلەن كوللوئىدنىڭ ئۆزئارا تەسىر كۆرسىتىشىدىن ھاسىل بولغان دەستىسىمان ھالەت.پروتوننىڭ توغرا رادىئۇسىنى ھېسابلاپ چىقىش ئۈچۈن، بۇ كۈچلۈك ئۆزئارا تەسىرنىڭ ئانالىتىك قىممىتى ياكى سانلىق قىممىتىنى تېپىش كېرەك.لېكىن بۇ خىل ئۆزئارا تەسىر كۆرسىتىش ناھايىتى مۇرەككەپ بولغاچقا، ئېھتىياجلىق بولغان ئېنىقلىق تەلىپى ئىچىدە، نۆۋەتتە كىشىلەر تېخى بىرلەمچى پىرىنسىپنى چىقىش قىلىپ، پروتوننىڭ رادىئۇسىنى بىۋاسىتە توغرا ھېسابلاپ چىقالمىدى.

پروتوننىڭ رادىئوسى ھەققىدىكى سىر

گەرچە پروتون رادىئۇسىنى ھېسابلاشتا قىيىنچىلىق بولسىمۇ، لېكىن كىشىلەر تەجرىبە ئارقىلىق پروتوننىڭ ھەقىقىي رادىئۇسىغا يېققىن بولغان سانلىق قىممەتنى ئۆلچەپ چىقتى.

نۆۋەتتە، پروتون رادىئۇسىنى ئۆلچەش ئۇسۇلى ئاساسلىقى ئىككى خىل بولۇپ ،بىر خىلى، رامنىڭ سىلجىشىدىن پايدىلىنىدىغان سپېكتروسكوپىيە تەجرىبە ئۇسۇلى.رام سىلجىش دېگىنىمىز ۋاكۇئۇم ئېلېكتىر ماگنىت مەيدانىنىڭ تەسىرىدە ھىدروگېن ئاتومى سپېكترىنىڭ ئىنچىكە تۈزۈلۈشىنى كۆرسىتىدۇ.پروتون نۇقتا زەررىچىسى بولماستىن، بەلكى بەلگىلىك چوڭلۇقتا بولغاچقا، ئېلېكترون پروتوننى كېسىپ ئۆتكەندە، رام ئورۇن يۆتكىلىشى ( يەنى ئاتومنىڭ ئېنېرگىيە سپېكترى ) پروتون چوڭلۇقىنىڭ تەسىرىگە ئۇچرايدۇ.بۇ تەسىر ئارقىلىق، يەنە توغرا كۋانت مەيدان نەزەرىيىسىنىڭ مىكرو تەسىرىنى ھېسابلاشقا بىرلەشتۈرگەندە، رامنىڭ ئورۇن يۆتكىلىشىدىن پروتوننىڭ رادىئوسى سانلىق مەلۇماتىغا ئېرىشكىلى بولىدۇ.

يەنە بىر خىل ئۇسۇل، باشقا زەرەتلىك زەررىچىلەر بىلەن پروتوننىڭ چېچىلىشى ئارقىلىق پروتوننىڭ رادىئۇسىغا ئېنىقلىما بېرىشتىن ئىبارەت.بۇنداق ئۆلچەش ئۇسۇلى شەكىل فاكتورى دەپ ئاتىلىدىغان ئاچقۇچلۇق فىزىكىلىق ئۇقۇم بىلەن مۇناسىۋەتلىك.ئاددىي قىلىپ ئېيتقاندا، شەكىل فاكتورى زەرەتنىڭ ھەرىكەت مىقدارى بوشلۇقىدىكى تارقىلىشىدۇر.

چېچىلىش جەريانىدا، يەتكۈزۈلگەن ئېلېكترون بىلەن پروتون ئۆزارا تەسىرلىشىدىغان مەۋھۇم فوتوننىڭ ماسسىسى 0 گە يېقىنلاشقاندا، شەكىل فاكتورىدىن ئىبارەت بۇ ئەگرى سىزىقنىڭ يانتۇلۇق نىسبىتى پروتوننىڭ رادىئۇسىغا ئوڭ تاناسىپ بولىدۇ.شۇڭا، تەجرىبە ئارقىلىق شەكىل فاكتورىنى ئۆلچەپ چىققاندىلا، پروتوننىڭ رادىئۇسىغا ئېرىشكىلى بولىدۇ.

بۇ ئىككى خىل تەجرىبە ۋاسىتىسى ئارقىلىق، ئىلىم ـ پەن ساھەسى بىر مەھەل بىردەك يەكۈنگە ئېرىشتى.10 يىل ئىلگىرى، ھەر ئىككى خىل ئۇسۇلدا ئۆلچەنگەن پروتون رادىئۇسى 0.8768 ئۇچار مېتىر ئەتراپىدا بولغان.لېكىن، 2010ـ يىلىغا كەلگەندە، ئىختىلاپ كۆرۈلدى.

بىر تۈرلۈك سپېكتروسكوپىيە پروتون رادىئۇسىنى ئۆلچەش تەجرىبىسىدە، تەتقىقاتچىلار 

 زەررىچىسىنىμ

 ئېلېكتروننىڭ ئورنىغا دەسسەتكەن.بۇ زەررىچىنىڭ خۇسۇسىيىتى ئېلېكتىرون بىلەن ئوخشىشىپ كېتىدۇ، ئەمما ماسسىسى ئېلېكتىروننىڭ 200 ھەسسىسىگە توغرا كېلىدۇ.ئۇنىڭ پروتوندا تۇرۇش ۋاقتى تېخىمۇ ئۇزۇن بولىدۇ، شۇڭا ئېنېرگىيە دەرىجىسى پروتون چوڭلۇقىنىڭ تەسىرىگە تېخىمۇ كۆپ ئۇچرايدۇ.شۇڭا، ئېلېكترونغا سېلىشتۇرغاندا، 

 زەررىچىسىμ

 ئارقىلىق ھېسابلانغان پروتون رادىئۇسى تېخىمۇ توغرا بولۇشى كېرەك.بۇ چاغدا تەجرىبىدە ئېنىقلانغان پروتون رادىئۇسى0.84184 ئۇچار مېتىر بولۇپ، پروتون رادىئۇسى سەل كىچىكلەپ كەتكەن.

شۇنىڭدىن كېيىن، تېخىمۇ كۆپ سپېكتروسكوپىيە تەجرىبىسى يەنىمۇ ئىلگىرىلىگەن ھالدا كىچىكرەك بولغان پروتون رادىئۇسىنى دەلىللىدى.

بۇ يىلنىڭ بېشىدا «ئىلىم ـ پەن» ژورنىلىدا ئېلان قىلىنغان بىر تۈرلۈك تەتقىقاتتا، كانادا يورك ئۇنىۋېرسىتېتىنىڭ تەتقىقات كوللېكتىپى مۇنداق دەپ كۆرسەتتى: تەجرىبە ئۈسكۈنىلىرىنى ياخشىلىغاندىن كېيىن، 

زەررىچىسىدىن باشقا يەنە μ

 ئادەتتىكى ئېلېكتروننىڭ رام سىلجىشى ئارقىلىق ئۆلچەنگەن پروتون رادىئۇسىمۇ پەقەت 0.833 ئۇچار مېتىر چىققان ،بىراق چېچىلىش تەجرىبىسى ئارقىلىق ئېرىشىلگەن پروتون رادىئۇسى بولسا، باشتىن ـ ئاخىر 0.8768 ئۇچار مېتىر ئەتراپىدا توختاپ قالغان.

بۇ 5% پەرق زادى قانداق پەيدا بولغان؟

پىروتون رادىئۇسىنىڭ سىرىغا قارىتا فىزىكا ئالىملىرى باشتىن ـ ئاخىر مۇۋاپىق چۈشەندۈرۈش تاپالمىدى.

بىراق ھازىر «تەبىئەت» ژورنىلىدا ئېلان قىلىنغان ئەڭ يېڭى تەتقىقاتتا، بۇ ئىككى خىل ئۆلچەش ئۇسۇلىنىڭ يەكۈنى ئاخىر بىرلىككە كەلگەندەك قىلىدۇ.

تەجرىبە جەريانى 

بۇ تەتقىقاتنى ئامېرىكا، ئۇكرائىنا، رۇسىيە ۋە ئەرمىنىيەدىن كەلگەن ھەمكارلىق گۇرۇپپىسى تاماملىغان.ئۇلار ئامېرىكا ۋېرگىنىيە ئىشتاتىدىكى توماس جېففېرسون دۆلەت تەجرىبىخانىسىدىكى تېزلەتكۈچ قۇرۇلمىسىنى ئىشلىتىپ، پروتون ـ ئېلېكترونلۇق چېچىلىش تەجرىبىسىنى قايتىدىن ئېلىپ بارغان.

تەجرىبە ئورۇنلاشتۇرۇش خەرىتىسى.

ئەڭ ئوڭ تەرەپتىكى ئارىلاشما تېرمومېتر 

( HYCAL ) 

تەجرىبە ئېنىقلىق دەرىجىسىنى ئۆستۈرۈشتىكى مۇھىم ھالقىلارنىڭ بىرى.

بۇ بىر قېتىملىق ئېنىقلىق دەرىجىسى تېخىمۇ يۇقىرى بولغان ئېلېكترون بىلەن پروتون ئېلاستىك چېچىلىش تەجرىبىسى.تەجرىبە جەريانىدا، ئالىملار چېچىلغاندا پەيدا بولغان مەۋھۇم فوتوننىڭ ماسسىسىنى توغرا كونترول قىلىشقا توغرا كېلىدۇ ـ پەقەت مەۋھۇم فوتوننىڭ ماسسىسى نۆلگە ئىنتايىن يېقىنلاشقاندىلا، سوقۇلۇش ئاندىن ئېلاستىكىلىق بولىدۇ، بۇ چاغدا شەكىل فاكتورى پروتوننىڭ رادىئۇسىغا ماس كېلىدۇ.

ئۇنداقتا، قانداق قىلغاندا تەجرىبىدە بۇ نۇقتىنى ئەمەلگە ئاشۇرغىلى بولىدۇ؟

تەجرىبىدە، تەتقىقات گۇرۇپپىسى بىر دەستە يۇقىرى ئېنېرگىيەلىك ئېلېكتىرون ئارقىلىق تۆۋەن تېمپېراتۇرىدا سوۋۇتۇلغان ھىدروگېن گازىنى سوققان، ئاندىن بىر قاتار تەكشۈرۈش ئەسۋابلىرى ئارقىلىق ئېلېكتىروننىڭ چېچىلغاندىن كېيىنكى چىقىرىش بۇلۇڭى ھەمدە ئۇلارنىڭ ئېنېرگىيەسىنى ئۆلچىگەن، چېچىلمىغان ئېلېكتىرون بولسا بىر كىچىك تۆشۈك ئارقىلىق ئۆزلۈكىدىن ئۇچۇپ كەتكەن.بۇ جەرياندا چاچما ئېلېكتروننىڭ چىقىش بۇلۇڭىنى ئۆلچەش ئىنتايىن مۇھىم: ئەگەر چىقىش بۇلۇڭى 0 گە يېقىنلاشسا، ئۇنداقتا ئۇنىڭغا ماس كېلىدىغان مەۋھۇم فوتون ماسسىسى 0 گە يۈزلىنىدۇ، بۇ چاغدا پروتون رادىئۇسىنى توغرا ئۆلچىگىلى بولىدۇ.

تەتقىقات گۇرۇپپىسى ئەنئەنىۋى ماگنىت سىپېكتىرومېتىرى ئارقىلىق ئەمەس بەلكى  تېرمومېتر ئارقىلىق  چېچىلما ئېلېكتىروننىڭ بۇلۇڭىنى تەكشۈردى، بۇ تەجرىبە ئېنىقسىزلىقىنى زور دەرىجىدە ئازايتىپ، تەجرىبە ئېنىقلىق دەرىجىسىنى ياخشىلىدى .ئۇنىڭدىن باشقا، تەتقىقات گۇرۇپپىسى ھىدروگېن گازى ھاۋا ئېقىمىنىڭ گاز كىرگۈزۈش ئۇسۇلىنى ياخشىلىدى، بۇمۇ ئېلېكتىروننىڭ پىروتون ئېلاستىكلىق چېچىلغاندىن كېيىنكى نۇقتىسىنى تېخىمۇ توغرا ئۆلچەشكە پايدىلىق بولدى .

بۇ ئەڭ يېڭى تەتقىقاتتا، تەتقىقات گۇرۇپپىسى ئۆلچەپ چىققان پروتون رادىئۇسى 0.831 ئۇچار مېتىر بولۇپ، بۇ نەتىجە بۇنىڭدىن ئىلگىرى سپېكتروسكوپىيە ئىلمى رام يۆتكىلىشى ئارقىلىق ئېرىشكەن قىممەت  0.833 ئۇچار مېتىرغا چەكسىز يېقىنلاشقان.

شۇڭا، بۇ ئىككى خىل يول ئارقىلىق ئۆلچەنگەن پروتون رادىئۇسى ئاخىرى ئۆزئارا دەلىللەندى.

ئەسلى مەنبە ：

A small proton charge radius from an electron–proton scattering experiment ，Nature  Vol 575 7 November 2019

پايدىلىنىش ماتېرىياللىرى ：

Bezginov et al., Science 365, 1007–1012 (2019)  

https://www.scientificamerican.com/article/how-big-is-the-proton-particle-size-puzzle-leaps-closer-to-resolution/

#بىلىمدان    #بىلىمزار