К загадке радиуса протона добавили дейтрон

К загадке радиуса протона добавили дейтрон

Международная коллаборация физиков CREMA обнаружила новые указания на то, что в радиусе протона есть неопределенность. Исследователи проанализировали поведение мюонного дейтерия — частицы, в которой вокруг ядра из нейтрона и протона вращается мюон. Оказалось, что зарядовый радиус дейтрона — ядра дейтерия — меньше, чем было установлено в экспериментах с обычным, электронным дейтерием. Теория предсказывает, что радиус частиц постоянен.

Точно такая же пара экспериментов с водородом и его мюонным аналогом указала ранее на расхождение в радиусе протона. Эксперимент может указывать на один из двух вариантов: либо неверна теория, описывающая взаимодействия в атоме, либо в экспериментах есть ошибка. Исследование опубликовано в журнале Science.

Зарядовый радиус протона можно определить по тому, как эта элементарная частица взаимодействует с отрицательными зарядами. К примеру, для этого используют эксперименты по рассеянию электронов на протоне — чем больше радиус протона, тем больше электронов из пучка будет отклоняться от своего пути, — а также анализ электронных переходов в атоме водорода. По данным современных измерений, радиус составляет 0,877 фемтометра, примерно в миллион миллиардов раз меньше метра. 

В 2010 году группа физиков повторила измерения зарядового радиуса в системе с более тяжелым носителем отрицательного заряда — мюоным водородом. Мюон в 207 раз массивнее электрона и, в отличие от последнего, обладает временем жизни около двух микросекунд. Из-за большей массы мюона точность определения зарядового радиуса выше. В эксперименте ученые измеряли Лэмбовский сдвиг. 

Оказалось, что зарядовый радиус протона меньше, чем в ранних измерениях, и составляет 0,841 фемтометра. После уточнения данных физики обнаружили, что независимые измерения одной и той же величины отличаются на семь стандартных отклонений. Причина этого до сих пор неизвестна — согласно квантовой электродинамике, зарядовый радиус протона должен быть постоянной величиной.

В новой работе физики оценили зарядовый радиус другой, более массивной частицы — дейтрона (ядра атома дейтерия). По аналогии с протоном, ученые сравнивали Лэмбовские сдвиги в электронном и мюонном дейтерии. 

Лэмбовский сдвиг — разница в энергии между двумя электронными (или мюонными) состояниями в атоме, обозначаемыми 2S и 2P. Согласно простейшим квантово-механическим вычислениям, эти состояния должны быть равны по энергиям, однако на практике ученые обнаружили различия. Эти отличия связаны с взаимодействием электронов с флуктуациями вакуума, и по ним можно очень точно определить зарядовый радиус протона. В новых экспериментах с помощью лазера ученые изменяли состояния мюона в атоме.

Физики сделали на основе измерений новую оценку зарядового радиуса протона. Она оказалась еще меньше, чем предыдущие: 0,8356 фемтометра. Стоит отметить, что погрешность этой величины выше, чем в предыдущих мюонных измерениях. 

Ученые отмечают, что для надежной проверки источников расхождений в радиусах протона необходимо провести дополнительные измерения. В частности, важную информацию можно получить из рассеяния мюонов на протонах — это должен проделать эксперимент MUSE, разрабатываемый на базе Института Пауля Шерера в Швейцарии.

Владимир Королёв

N+1

Похожие новости:
Физики вновь озадачены результатами измерений протона
Очередные попытки измерить размер протона поставили ученых в тупик. Результаты вновь оказались отличными от предыдущих, полученных при использовании других методов, и причины этих различий ученые найти не могут. В этот раз физики измерили размер протона при помощи метода ..
2014-01-15 2366 3 Научные открытия
1
Размер протона озадачил физиков
Физики провели измерение размера протона, результаты которого вновь оказались отличны от результатов других методов, причем причины этих различий до сих пор не ясны. Статья ученых опубликована в журнале Science , а ее краткое содержание приводит NatureNews. Для измерения размера протона ..
2013-01-26 1727 0 Научные открытия
0
Физики уточнили вклад «ядерного клея» в спин протона
Международная коллаборация физиков PHENIX получила новые данные о вкладе в спин протона глюонов — специальных частиц, ответственных за «склеивание» между собой кварков. Исследование является следующим шагом в разрешении «кризиса протонного спина» и уточняет роль переносчиков сильных ..
2016-02-19 1496 0 Научные открытия
0
Физики впервые измерили слабый заряд протона
Физики впервые провели экспериментальное измерение слабого заряда протона. Статья ученых принята к публикации в журнале Physical Review Letters, а ее краткое изложение приводится в пресс-релизе Лаборатории Джефферсона (Jefferson Lab), где и было сделано открытие. Слабое взаимодействие - одно из четырех ..
2013-09-18 1801 0 Научные открытия
0
Крупнейшие обсерватории впервые объединили усилия по поиску гравитационных волн
Европейская гравитационная обсерватория Virgo 1 августа 2017 года начала поиск гравитационных волн, присоединившись к двум детекторам американского эксперимента LIGO. Теперь в случае фиксации гравитационной волны всеми тремя приборами ученые смогут точно установить координаты ..
2017-08-02 17927 0 Научные открытия
0
Физики впервые рассчитали «состав» массы протона
Физики из США и Китая впервые рассчитали вклады в массу протона, связанные с различными эффектами. Для расчетов, выполненных в рамках решеточной КХД, ученые использовали суперкомпьютер «Титан» производительностью около 27 петафлопс. В результате исследователи получили, что кварковый конденсат обеспечивает около ..
2019-02-26 941 0 Научные открытия
0
Внутри протона
Завершено 23-летнее исследование адронной частицы Коллаборации HERA (Hadron-Electron Ring Accelerator) из крупнейшего в Германии центра физики элементарных частиц DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) завершили 23-летние исследования внутренней структуры и свойств протона. О результатах своей работы ученые ..
2015-07-12 7274 0 Научные открытия
-1
Эксперимент с плазмой в космосе
С начала 1990-х годов повышенный интерес у физиков стала вызывать так называемая пылевая плазма, отличающаяся от плазмы обычной присутствием в ней относительно крупных (в сравнении с размерами ионов) микрочастиц-пылинок диаметром от 10 до 100 нанометров. Интерес ученых возник поневоле, поскольку пыль в плазме ..
2012-06-18 3363 0 Научные открытия
0
Объяснен загадочный феномен внутри атомных ядер
Международная группа физиков выяснила, почему бета-распады в атомных ядрах протекают медленнее, чем в свободных нейтронах. Над решением этой загадки ученые бились в течение 50 лет, сообщается в пресс-релизе на Phys.org.Исследователи изучили превращение изотопа олова-100 в индий-100. Эти два элемента имеют одинаковое ..
2019-03-12 1100 0 Научные открытия
0
Еще один шаг к тайнам нуклонов
Силы, действующие внутри атомных ядер, вызывают у физиков исключительный интерес. Новые эксперименты в области промежуточных энергий позволяют сделать еще один шаг к пониманию свойств сильного взаимодействия. Чтобы понять природу сильного взаимодействия в деталях, исследователи проводят сложные эксперименты, ..
2013-12-2 1409 3 Научные открытия
0
Физики вплотную приблизились к стандартному квантовому пределу
Ученым из Калифорнии в своих измерениях удалось наиболее близко приблизиться к значению стандартного квантового предела. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Science, кратко с ним можно ознакомиться на сайте Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. Физикам впервые удалось добиться ..
2014-06-28 1586 0 Научные открытия
0
Физики определили нижнюю границу массы магнитных монополей
Гипотетические магнитные монополи могут рождаться в столкновениях тяжелых ионов или в сильных магнитных полях нейтронных звезд. Физики из Имперского колледжа Лондона теоретически рассмотрели эти процессы и рассчитали нижнюю границу для возможной массы монополей — она оказалась чуть меньше массы ..
2017-12-14 4283 0 Научные открытия
0
Физики из ЦЕРНа уточнили массу бозона Хиггса
Физики двух коллабораций ATLAS (A Toroidal LHC ApparatuS) и CMS (Compact Muon Solenoid) объединили свои данные по массе бозона Хиггса и таким образом получили ее уточненное значение. Об этом сообщается на сайте ЦЕРНа. Уточненное значение массы бозона Хиггса равняется 125,09±0,24 ..
2015-03-20 2198 0 Научные открытия
0
Ученые: ядро Земли имеет собственный цикл вращения
Ученые обнаружили, что ядро Земли имеет собственный цикл вращения. Земное ядро оказалось таким же горячим, как Солнце Оказывается, ядро Земли не содержит кислорода У ядра Земли обнаружилось ядро Автор публикации называет свою работу первым экспериментальным доказательством того, что внутреннее ..
2013-06-22 1821 1 Научные открытия
0
В БАКе сообщили об открытии двух новых барионов
Коллаборация LHCb сообщила об открытии в ходе экспериментов на Большом адронном коллайдере (БАК) двух новых барионов. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Physical Review Letters, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте ЦЕРНа. Существование частицы Xi_b'- ..
2014-11-19 1505 0 Научные открытия
-1