Atomaltı Parçacıkların Kütleleri Nasıl Ölçülür?
Atomaltı parçacıklar çok küçük oldukları için kütleleri geleneksel yöntemlerle ölçülemez, ancak gelişmiş deneysel ve kuramsal yöntemler kullanılarak hesaplanabilir. Elektriksel olarak yüklü olan parçacıkların kütlesini ölçmek, yüksüz parçacıkların kütlesini ölçmekten çok daha kolaydır, çünkü bu parçacıklar elektromanyetik alanlardan etkilenir. Örneğin proton ve elektronun kütlelerini ölçmek için manyetik alanlardaki hareketlerinden yararlanılabilir. Manyetik kuvvetler her zaman hareket yönüne dik oldukları için parçacıkların enerjisini değiştirmezler.
Ancak parçacıkların ivmelenmesine ve hareket yönlerinin değişmesine neden olurlar. Örneğin yüklü bir parçacık hareket doğrultusuna dik ve büyüklüğü sabit bir manyetik alana girdiği zaman dairesel hareket eder.
Elektromanyetik kuram ve mekanik yasaları kullanılarak yapılan hesaplar, parçacığın takip edeceği yörüngenin yarıçapının r=(mv/pB) olduğunu gösterir.
Bu denklemde r yarıçap, m kütle, v parçacığm hızı, q parçacığın elektrik yükü, B ise manyetik alanın büyüklüğüdür. Dolayısıyla hızı ve elektrik yükü bilinen bir parçacığın kütlesi, büyüklüğü belli bir manyetik alandaki yörüngesinin yarıçapı ölçülerek hesaplanabilir. Elektrik yükü taşımayan parçacıklar elektromanyetik kuvvetten etkilenmedikleri için kütlelerini belirlemek daha zordur. Örneğin nötronu keşfeden James Chadwick, nötronun kütlesini hesaplayabilmek için radyoaktif bir kaynaktan yayılan nötronların protonlarla çarpışmalarını incelemişti. Parçacıkların bu çarpışmalar sırasındaki enerjilerini ve momentumlarını ölçerek ve korunum yasalarını kullanarak nötronun kütlesini hesaplamıştı.
Nötronun kütlesi çekirdek tepkimelerinden yararlanarak da hesaplanabilir.
Örneğin döteryum atomunun çekirdeği olan dötron, bir proton ve bir nötron içerir. Elektriksel olarak yüklü olduğu için bu çekirdeğin kütlesi, manyetik alandaki hareketi incelenerek bulunabilir.
Daha sonra protonun kütlesi, dötron çekirdeğinin proton ve nötrondan oluşumu sırasında gerçekleşen çekirdek tepkimesinin enerjisi ve kütle ile enerji arasındaki E = mc2 eşitliği kullanılarak nötronun kütlesi hesaplanabilir.
