Физики точно измерили размер протона и разрешили многолетний спор

Исследователи из Университета штата Колорадо разрешили научный спор, продолжавшийся более десяти лет, используя новый метод лазерной спектроскопии. Команда определила, что радиус протона составляет примерно 0,84 фемтометра, что совпадает с предсказаниями Стандартной модели физики элементарных частиц.

Долгие годы физики сталкивались с парадоксом: измерения размера протона, ядра атома водорода, дали различные результаты в зависимости от применяемой методики. Эксперименты с электронами показывали больший радиус, чем опыты с более тяжелыми мюонами. Расхождение в данных заставляло ученых предположить существование ошибок в Стандартной модели или наличие неизвестных физических явлений.

Колорадская команда разработала беспрецедентный по точности подход, основанный на одновременном использовании двух ультрафиолетовых лазерных лучей. Исследователи создали пучок атомов водорода в вакуумной камере и бомбардировали его лазерами с заранее установленными частотами. Это позволило измерить энергию, необходимую для возбуждения электронов атома, и впоследствии вычислить радиус протона.

Главная сложность эксперимента состояла в том, что атомы водорода движутся с высокой скоростью, что минимизирует время их взаимодействия с лазерным излучением и затрудняет получение надежных сигналов. Двойной лазерный импульс преодолел эту проблему и обеспечил необходимую точность измерений.

Результаты исследования исключают предположение о новых неизвестных силах или частицах, которые могли бы объяснить полученные ранее расхождения. По словам доцента Дилана Йоста, совпадение экспериментальных данных с теоретическими предсказаниями укрепляет доверие к Стандартной модели, хотя неожиданности могут быть обнаружены в других областях физики.

Научная работа демонстрирует возможность дополнения экспериментов на крупных ускорителях частиц точными лабораторными измерениями. Йост сравнил такой подход с контрольной лампой, загорающейся в моторном отсеке автомобиля и указывающей место поиска потенциальных неполадок.

Исследователи планируют применить разработанный метод к другим атомам, включая дейтерий, и намерены добиться еще большей точности в будущих экспериментах.

Источник: Techno-Science.net