Noua analiză sporește cazul pentru protoni mai mici

Nota editorului: După ce acest articol a fost publicat, Horbatsch și colegii au descoperit o eroare în analiza lor, care a slăbit concluziile. Noul calcul al razei protonului se situează între cele două estimări anterioare și, prin urmare, nu adaugă mult suport suplimentar pentru protonul mai mic.


O scuipă peste dimensiunea protonului a devenit puțin mai complicată.

Măsurătorile razei protonului nu sunt de acord, un grup de oameni de știință spunând că este mai mică decât estimarea acceptată. Acum, o nouă analiză a datelor vechi susține argumentele pentru un proton mic. Dar rezultatul poate spulbera speranțele că discrepanța ar putea indica calea către o nouă fizică.

Oamenii de știință de la Universitatea York din Toronto și de la Universitatea Autonomă din Barcelona au reanalizat datele dintr-un experiment de împrăștiere a electronilor din 2010 la Mainz Microtron din Germania, în care fizicienii au bombardat protoni cu electroni și au observat cum au ricoșat electronii. Această împrăștiere, sub influența sferelor de sarcină pozitivă ale protonilor, permite oamenilor de știință să descopere dimensiunea unui proton. Estimarea actualizată a venit puțin, spun oamenii de știință pe 1 noiembrie pe arXiv.org.

„Cred că nu va fi ușor pentru susținătorii unei raze de protoni relativ mari să discute despre asta”, spune fizicianul Randolf Pohl de la Institutul de Optică Cuantică Max Planck din Garching, Germania. „Dar nu sunt convins că oamenii o vor accepta.”

Până acum câțiva ani, diferitele tehnici ale oamenilor de știință pentru dimensionarea protonului erau de acord. Studiile de împrăștiere a electronilor, cum ar fi experimentul Mainz, au implicat aceeași dimensiune a protonului ca o a doua tehnică, care implică studierea nivelurilor de energie ale atomilor de hidrogen. Aceste estimări au indicat că raza protonului era de aproximativ 0,88 cvadrilioane de metru. Dar, în 2010, o nouă tehnică a provocat un kerfuffle. Măsurătorile razei protonului folosind hidrogen muonic – un atom de hidrogen cu electronul său înlocuit cu o rudă mai grea numită muon – au fixat protonul la o dimensiune cu 4% mai mică decât celelalte estimări (SN: 31.07.10, str. 7).

Defectul dintre cele trei tehnici ar putea părea probabil să aparțină celui anormal, experimentul cu muoni. Dar „există de fapt destul de multă certitudine cu privire la aceste rezultate”, spune fizicianul Marko Horbatsch de la Universitatea York, un coautor al noii lucrări. Așa că Horbatsch și colegii sai au decis să revizuiască în schimb împrăștierea electronilor, folosind un subset de date din experimentul Mainz. Echipa lui Horbatsch s-a concentrat asupra coliziunilor privitoare în care electronul și-a modificat cursul doar puțin. Aceste ciocniri sunt cele mai esențiale pentru determinarea razei protonilor. Apoi, cercetătorii au folosit calcule teoretice pentru a ține seama de efectele care apar în cazul coliziunilor mai extreme. Analiza lor a relevat un proton ușor redus.

Dacă rezultatul este întărit de măsurătorile viitoare de împrăștiere a electronilor, datele despre atomul de hidrogen care au dus la protonul de dimensiuni mai mari ar necesita în continuare explicații. Dar ar însemna și că discrepanța nu va duce la noi perspective despre univers. Conform modelului standard al fizicii particulelor, muonii și electronii ar trebui să fie identici, cu excepția masei. Fizicienii au sperat că starea de oaie neagră a experimentului cu hidrogen muonic a indicat că ceva este diferit la muoni. Acordul dintre experimentele de împrăștiere a electronilor și hidrogenul muonic elimină această posibilă explicație.

Noua analiză este „fără îndoială sensibilă”, spune fizicianul Judith McGovern de la Universitatea din Manchester. „Sunt puțin surprins că nimeni nu a mai făcut-o până acum. De fapt, sunt puțin surprins că nu am făcut-o până acum.”

Dar asta nu înseamnă că oamenii de știință sunt pe deplin convinși. Fizicianul MIT Jan Bernauer, unul dintre autorii rezultatului original al împrăștierii electronilor, spune că nu crede că puzzle-ul va fi rezolvat prin reanalizarea datelor existente. „Sunt convins că sunt necesare date noi.”