Физики определили настоящий размер фундаментальной частицы протон: давняя загадка решена

Физики наконец-то определили точный размер протона, фундаментальной частицы, из которой состоит ядро атома. 16 лет назад ученые были шокированы тем, что размер протона оказался не таким, как предполагалось. Новые эксперименты подтвердили прошлое значение одного из основных свойств этой элементарной частицы, пишет Фокус.

У Фокус. Технологии появился свойTelegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

Протон является фундаментальным строительным блоком нашего мира. Эти частицы, вместе с нейтронами составляют ядро атомов. До 2010 года физики считали, что хорошо знают основные свойства протона. Было известно, что он состоит из трех кварков и был известен его размер.

Но 16 лет назад один важный эксперимент показал, что протон может быть примерно на 4% меньше, чем предполагалось. Ученые начали искать возможные ошибки в измерениях и даже создавали теории о новых физических явлениях, которые могли бы решить загадку радиуса протона. В 2019 году еще один эксперимент показал, что размер протона действительно меньше.

Теперь же кажется вопрос с размером протона закрыт. Две группы физиков провели разные эксперименты, которые показали, что радиус протона действительно меньше, чем предполагалось. Новые доныне показали, что радиус протона на самом деле составляет около 0,84 фемтометра. 1 фемтометр – это 10 в минус 15 степени метра.

Для получения этого размера протона физики использовали измерения атома водорода, который содержит только один протон и один электрон. Эти две частицы имеют противоположные электрические заряды, поэтому они влияют друг на друга с помощью электромагнитной силы. Это взаимодействие влияет на энергию, которой может обладать каждая частица в ядре атома.

Но это взаимодействие зависит от размера протона, а это значит, что один из способов определить точные размеры протона — это измерить, как электрон в том же атоме переходит из одного энергетического состояния в другое. Для этих измерений физики использовали лазеры, чтобы управлять электронами в атомах водорода, что дало возможность измерить несколько раз переход электронов из одного энергетического состояния в другое. Это раньше никогда не делали. На основе этих данных физики рассчитали радиус протона, и результаты двух экспериментов не только совпали друг с другом, но и с измерением 2010 года.

Для того, чтобы получить настоящий размер притона физикам пришлось поместить атомы водорода в идеальный вакуум и использовать высокоточные лазеры.

Физики говорят, что радиус протона должен быть универсальным свойством, а потому в разных экспериментах независимо от способа расчета, размер этой частицы должен быть одинаковым. Что и подтвердили новые исследования.

Получение точного значения размера протона имеет важные последствия для поиска новых элементарных частиц, которые могут быть обнаружены путем изучения поведения электрона в атоме водорода.

В то время как огромные ускорители частиц могут искать новые тяжелые элементарные частицы, подобные эксперименты с атомами водорода и лазерами могут помочь обнаружить новые очень легкие частицы, говорят физики.

Как уже писал Фокус, ученые впервые обнаружили частицы, которые возникают из пустого пространства.

Также Фокус писал о том, что Вселенная расширяется слишком быстро и ученые не могут это объяснить.

При написании материала использованы источники: Nature, Physical Review Letters, New Scientist.