Yıllarca araştırmacılar, pozitif bir yük ile proton-atom altı parçacıkların yapısını, elektronlarla sararak, farklı açılardaki saçılmış elektronların yoğunluğunu incelediler. Böylece, protonun elektrik yükü ve mıknatıslanmasının nasıl dağıldığını belirlemeye çalışmışlardır. Bu deneyler, daha önce araştırmacıların elektrik ve manyetik yük dağılımlarının aynı olduğunu ve protonlar bombardıman elektronlarıyla etkileşime girdiği zaman, ışığın temel parçacıklarının değiştirildiğini varsaymalarına yol açtı.
Bununla birlikte, 2000’lerin başında araştırmacılar, protonların ve elektronların spinini kullanarak, elektron-proton elastik saçılımını ölçen polarize elektron ışınları kullanıp, deneyler yapmaya başladılar. Bu deneyler, elektronlar ve protonlar arasındaki yüksek enerjili etkileşimlerle elektriksel ve manyetik yük dağılım oranlarının dramatik bir şekilde azaldığını ortaya koydu.
Bu teori, etkileşim sırasında bazen iki fotonun alışverişi yapılmadığını ve bunun da eşit olmayan yük dağılımına neden olduğunu ortaya çıkardı. Üstelik teori, bu parçacıkların her ikisinin de “sert” veya “yüksek enerjili fotonlar” olacağını öngördü.
Bu “iki foton değişimini” tanımlamak amacıyla; MIT Nükleer Bilim Laboratuvarı’nda araştırmacılar tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, Hamburg’daki Alman Elektron Sinkrotronunda (DESY) OLYMPUS olarak bilinen yedi yıllık bir deney gerçekleştirdi.
Physical Review Letters dergisinde yayınlanan bir makalede araştırmacılar, iki fotonun gerçekten elektron-proton etkileşimleri sırasında değiş tokuş edildiğini gösteren bu deneyin sonuçlarını ortaya koyuyor.
Nükleer Bilimler için deneyi yöneten Hadronik Fizik Grubu; teorik tahminlerin aksine, OLYMPUS ölçümlerinin analizi, zamanın çoğunda fotonlardan yalnızca birinin yüksek enerjiye sahip olduğunu, diğerinin ise Fizik Profesörü Richard Milner’e göre gerçekten çok az enerji taşıması gerektiğini gösteriyor.
Deney fikrini 2000’lerin sonlarında öneren grup, 2010 yılında fon sağladı.
Araştırmacılar, eski BLAST spektrometresini (MIT‘de kurulu karmaşık bir 125 metreküp büyüklüğünde dedektör) parçalamak zorunda kaldılar ve onu bazı yeniliklerle yeniden birleştirildiği Almanya’ya nakletmek zorunda kaldılar. Laboratuvardaki parçacık hızlandırıcısıyla, (kendisinin de görevinden alınmadan ve o yılın sonunda kapanmadan önce) 2012’de üç ay boyunca deney gerçekleştirdiler.
Nükleer Bilim Laboratuvarı ve MIT’de Hadronik Fizik Grubu’ndan Douglas Hasell’in yürüttüğü çalışmada; ABD ve Rusya’da iki farklı yerde, aynı zamanda gerçekleştirilen deney, protonları hem negatif yüklü elektronlar hem de pozitif yüklü pozitronlar ile patlamayı ve bu iki etkileşimin arasındaki farkı karşılaştırdılar.
Hasell, bu proses, protonların elektron veya pozitronlar tarafından dağılıp dağılmadığına bağlı olarak oldukça farklı bir ölçüm üretecek. “Eğer bir fark (ölçümlerde) görürsek, önemli bir iki foton etkisi olduğunu gösterecektir.”
Hasell, üç ay boyunca çarpışmalara devam etti ve ortaya çıkan verilerin analizi için üç yıl daha geçtiğini belirtti.
Hasell “Kuramsal ve deneysel sonuçlar arasındaki fark, iki foton değişim efektinin beklenenden daha fazla olması daha yüksek enerjilerde ileri deneylerin gelecekte yapılması gerekebileceği anlamına gelir.
Bununla birlikte, OLYMPUS deneyinde ulaşılan hassasiyetin aynısını sağlamak zor olabilir.”
