Dimensiunea protonului încă rămâne perplexă, în ciuda unei noi măsurători

Nonconformiștii ar putea lua o pagină din manualul protonului: particula subatomică rezistă din nou încercărilor oamenilor de știință de a o mări.

Toată lumea este de acord că protonul este mic: raza lui este mai mică decât un femtometru sau o trilionime de milimetru. Dar oamenii de știință încă nu sunt de acord cu privire la cât de mic este. O nouă măsurătoare susține cazul unui proton mai mic, raportează fizicianul Lothar Maisenbacher și colegii săi în 6 octombrie. Ştiinţă. Dar „într-un anumit sens, adâncește puzzle-ul”, spune Maisenbacher, de la Institutul de Optică Cuantică Max Planck din Garching, Germania.

Cercetătorii stabilesc raza protonului la 0,83 femtometre, în timp ce valoarea manuală este de 0,88 femtometre. S-ar putea să nu pară o diferență uriașă, dar discrepanța de câteva procente împiedică încercările oamenilor de știință de a testa electrodinamica cuantică, teoria modului în care se comportă particulele încărcate electric.

În trecut, oamenii de știință măsurau circumferința protonului în două moduri: trăgând electroni către protoni și măsurând modul în care electronii ricoșau sau prin zapping atomilor de hidrogen cu lasere, pentru a studia nivelurile de energie ale atomilor, care depind de mărimea protonului. Aceste măsurători au fost toate în acord.

Dar în 2010, o echipă de oameni de știință a descoperit o modalitate de a face măsurătorile razei protonilor mult mai precise. Cercetătorii au studiat nivelurile de energie ale hidrogenului muonic – atomi de hidrogen în care electronul este schimbat cu o rudă mai grea numită muon. Astfel de măsurători au descoperit că protonul era cu aproximativ 4% mai mic decât estimările anterioare, sau aproximativ 0,84 femtometre (SN: 31.07.10, str. 7).

Fizicienii s-au chinuit să explice discrepanța. Unii au bănuit că nepotrivirea ar putea sugera o fizică nedescoperită, cum ar fi o nouă particulă care interacționează cu muonii, dar nu cu electronii (SN: 29.04.17, str. 22).

Acum, făcând o măsurătoare îmbunătățită a nivelurilor de energie în hidrogen obișnuit, Maisenbacher și colegii găsesc un proton mic, în strânsă acord cu măsurătorile hidrogenului muonic. Asta sugerează că diferența dintre electroni și muoni nu este probabil vinovată.

Totuși, cercetătorii încă nu pot explica de ce alte tehnici obțin rezultate diferite. Experimentele de împrăștiere a electronilor, de exemplu, indică un proton mai mare.

„Este un rezultat grozav, dar, din păcate, aș spune că a făcut și mai greu să vezi ce se întâmplă”, spune fizicianul Jan Bernauer de la MIT, care nu a fost implicat în noul studiu. Rămâne neclar dacă dimensiunea mai mare sau mai mică este corectă, spune Bernauer. Puzzle-ul protonilor persistă.