Фізики знову зменшили радіус протона

Нові вимірювання зарядового радіусу протона, які провели фізики з американської лабораторії імені Джефферсона, показали, що розмір частинки може бути приблизно на п'ять відсотків менше загальноприйнятого значення - близько 0,83 фемтометра проти 0,88 фемтометра. Новий результат був отриманий за допомогою вимірювання розсіювання електронів, і це вже третій метод вимірювання, який дає «зменшений» радіус протона, і виникла вісім років тому «загадка радіусу протона» стає все загадковішою.

Згідно з даними комісії CODATA, яка відстежує результати вимірювань фундаментальних констант, зарядовий радіус протона становить 0,8751 (61) фемтометра. Ця величина показує те, як пучок негативно заряджених частинок розсіюється на протоні - чим більше зарядовий радіус, тим більша частка частинок буде розсіюватися. Один з методів його вимірювання - надточна спектроскопія електронних переходів в атомі водню. У 2010 році були отримані результати вимірювання зарядового радіусу, які проводилися не на водні, а на екзотичних мюонних атомах, електрони були замінені на мюони. З'ясувалося, що в цьому випадку значення радіусу - 0,8418 фемтометра - відрізняється від виміряного раніше на чотири відсотки. Так народилася «загадка радіусу протона», яка викликала безпрецедентний ажіотаж серед вчених.

У жовтні 2017 року нові експерименти зі спектроскопії атомів водню показали значення 0,8335 (91) фемтометра, що в межах похибки збігається з результатами для мюонного водню і на три стандартних відхилення менше, ніж у традиційних експериментів. Тоді вчені заявляли, що говорити про дозвіл загадки ще рано, оскільки було отримано всього один вимір.

Нове значення, отримане в лабораторії імені Джефферсона колаборацією PRad, вкладається в цей ряд. Вчені використовували спектрометричний метод вимірювання упругого розсіювання електронів на протонах, під кутом лише 0,6 градуса. Попередні результати були представлені на конференції Американського фізичного товариства і Фізичного товариства Японії на Гаваях. За інформацією видання Science News, цього разу вчені знову отримали значення близько 0,83 фемтометра. Таким чином, тепер і дані щодо розсіювання електронів, і дані щодо спектрометрії водню за 2017 рік зійшлися зі спектрометрією мюонного водню. Хоча 2010 року дані про розсіювання, отримані в експерименті в Майнці, давали 0,879 (8) фемтометра.

Детальніше про історію загадки радіусу протона та її значення для фізики можна прочитати в нашому матеріалі «Щілина в обладунках».