Фізики визначили справжній розмір фундаментальної частинки протон: давню загадку вирішено

Фізики нарешті визначили точний розмір протона, фундаментальної частинки, з якої складається ядро атома. 16 років тому вчені були шоковані тим, що розмір протона виявився не таким, як передбачалося. Нові експерименти підтвердили минуле значення однієї з основних властивостей цієї елементарної частинки, пише Фокус.

У Фокус. Технології з'явився свійTelegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Протон є фундаментальним будівельним блоком нашого світу. Ці частинки, разом із нейтронами, складають ядро атомів. До 2010 року фізики вважали, що добре знають основні властивості протона. Було відомо, що він складається з трьох кварків і був відомий його розмір.

Але 16 років тому один важливий експеримент показав, що протон може бути приблизно на 4% меншим, ніж передбачалося. Учені почали шукати можливі помилки у вимірах і навіть створювали теорії про нові фізичні явища, які могли б розв'язати загадку радіуса протона. У 2019 році ще один експеримент показав, що розмір протона справді менший.

Тепер же здається питання з розміром протона закрите. Дві групи фізиків провели різні експерименти, які показали, що радіус протона дійсно менший, ніж передбачалося. Нові донині показали, що радіус протона насправді становить близько 0,84 фемтометра. 1 фемтометр — це 10 у мінус 15 ступені метра.

Для отримання цього розміру протона фізики використовували виміри атома водню, який містить лише один протон і один електрон. Ці дві частинки мають протилежні електричні заряди, тому вони впливають одна на одну за допомогою електромагнітної сили. Ця взаємодія впливає на енергію, якою може володіти кожна частинка в ядрі атома.

Але ця взаємодія залежить від розміру протона, а це значить, що один зі способів визначити точні розміри протона — це виміряти, як електрон у тому ж атомі переходить з одного енергетичного стану в інший. Для цих вимірювань фізики використовували лазери, щоб керувати електронами в атомах водню, що дало можливість виміряти кілька разів перехід електронів з одного енергетичного стану в інший. Це раніше ніколи не робили. На основі цих даних фізики розрахували радіус протона, і результати двох експериментів не тільки збіглися один з одним, а й з вимірюванням 2010 року.

Для того, щоб отримати справжній розмір притону фізикам довелося помістити атоми водню в ідеальний вакуум і використовувати високоточні лазери.

Фізики кажуть, що радіус протона має бути універсальною властивістю, а тому в різних експериментах незалежно від способу розрахунку, розмір цієї частинки має бути однаковим. Що й підтвердили нові дослідження.

Отримання точного значення розміру протона має важливі наслідки для пошуку нових елементарних частинок, які можуть бути виявлені шляхом вивчення поведінки електрона в атомі водню.

У той час як величезні прискорювачі частинок можуть шукати нові важкі елементарні частинки, подібні експерименти з атомами водню і лазерами можуть допомогти виявити нові дуже легкі частинки, кажуть фізики.

Як уже писав Фокус, учені вперше виявили частинки, які виникають із порожнього простору.

Також Фокус писав про те, що Всесвіт розширюється занадто швидко і вчені не можуть це пояснити.

Під час написання матеріалу використано джерела: Nature, Physical Review Letters, New Scientist.