Blogit

Tiedetoimittaja Markus Hotakainen hämmästelee maailmankaikkeutta.

Kokeeko protoni Pluton kohtalon?

Blogit Taivaan tähden 9.10.2017 17:49
Markus Hotakainen
Kirjoittaja on tiedetoimittaja ja tietokirjailija.

Pluto alennettiin 11 vuotta sitten kääpiöplaneetaksi, mutta protoni on kutistumisestaan huolimatta edelleen hiukkanen. Kuva: NASA / JHUAPL / SWRI

 

Kun Pluto löytyi vuonna 1930, sen koko oli arvoitus. Uuden planeetan olemassaoloon oli päädytty laskelmilla, jotka perustuivat Uranuksen ja Neptunuksen rataliikkeissä havaittuihin häiriöihin. Jotta kaukainen kiertolainen voisi vaikuttaa niiden liikkeeseen, sen pitäisi olla useita kertoja Maata suurempi. 

Ei se ollut. Kun Pluton läpimitta ja massa määritettiin yhä tarkemmin, se tuntui kutistuvan joka kerta kuin surullisenkuuluisa pyy maailmanlopun edellä. Ensin suunnilleen Maan massaiseksi, sitten kymmenesosaan siitä, lopulta pariin prosenttiin… 

Joku tokaisikin, että jos Pluton koon määrittämistä vielä jatketaan, planeetta katoaa kokonaan.

Periaatteessa niin kävikin. Vuonna 2006 Kansainvälinen tähtitieteen unioni päätti, että Pluto ei olekaan planeetta, vaan kääpiöplaneetta. Aurinkokunta palasi 76 vuoden takaiseen tilanteeseen: planeettoja on vain kahdeksan. Ja kahden uloimman liikkeessä havaitut häiriöt eivät olleet todellisia.

Nyt protonille, aineen perusrakenneyksikölle, on käymässä samoin kuin Plutolle: se kutistuu.

Ei protonin luokitusta olla muuttamassa, mutta uuden laserspektroskopiaan perustuvan mittauksen mukaan mitättömän pieni hiukkanen on nelisen prosenttia oletettuakin pienempi. Ero ei ole suuri, mutta kun puhutaan 0,8 femtometrin eli 0,0000000000000008 metrin osasista, tulos on merkittävä.

Erityisen merkittäväksi sen tekee aiempi, seitsemän vuoden takainen mittaus, jossa protonin säteelle saatiin sama tulos. Silloin protonin koko määritettiin myonivedyn avulla. Siinä protonin täydentää atomiksi elektronin tavoin negatiivisesti varattu myoni, joka on kuitenkin 200 kertaa elektronia massiivisempi hiukkanen.

Suuremman massansa takia myoni ”kiertää” protonia lähempänä kuin elektroni, joten se ”tuntee” paremmin sen koon. Tulos poikkesi kaikista aiemmista, joten myonin aiheuttama mittauslukeman muutos oli jopa pistää hiukkasfysiikan standardimallin uusiksi. Tai ainakin joidenkin tutkijoiden mielestä sitä olisi pitänyt jollain lailla justeerata.

Enää ei ole syytä huoleen, sillä uusi normivedyllä – protoni + elektroni – tehty mittaus antoi saman tuloksen kuin mullistava myonimittaus. Protoni todella on pienempi kuin aiemmin arvioitiin. Vain neljä prosenttia, mutta silti. 

Mikromaailmassa pienilläkin eroilla voi olla suuri merkitys.