К загадке радиуса протона добавили дейтрон

      Комментарии к записи К загадке радиуса протона добавили дейтрон отключены

К загадке радиуса протона добавили дейтрон

Интернациональная коллаборация физиков CREMA нашла новые указания на то, что в радиусе протона имеется неопределенность. Исследователи проанализировали поведение мюонного дейтерия — частицы, в которой около ядра из протона и нейтрона вращается мюон. Оказалось, что зарядовый радиус дейтрона — ядра дейтерия — меньше, чем было установлено в опытах с простым, электронным дейтерием.

Теория предвещает, что радиус частиц постоянен.

Совершенно верно такая же пара опытов с водородом и его мюонным аналогом указала ранее на расхождение в радиусе протона. Опыт может показывать на один из двух вариантов: или неверна теория, обрисовывающая сотрудничества в атоме, или в опытах имеется неточность. Изучение размещено в издании Science.

Зарядовый радиус протона возможно выяснить по тому, как эта элементарная частица взаимодействует с отрицательными зарядами. К примеру, для этого применяют опыты по рассеянию электронов на протоне — чем больше радиус протона, тем больше электронов из пучка будет отклоняться от собственного пути, — и анализ электронных переходов в атоме водорода. Согласно данным современных измерений, радиус образовывает 0,877 фемтометра, приблизительно в миллион миллиардов раз меньше метра. 

Часть установки, употреблявшейся для анализа Лэмбовского сдвига в мюонном водороде. Swiss Physical Society

В 2010 году несколько физиков повторила измерения зарядового радиуса в совокупности с более тяжелым носителем отрицательного заряда — мюоным водородом. Мюон в 207 раз массивнее электрона и, в отличие от последнего, владеет временем судьбы около двух микросекунд. Из-за большей массы мюона точность определения зарядового радиуса выше.

В опыте ученые измеряли Лэмбовский сдвиг. 

Оказалось, что зарядовый радиус протона меньше, чем в ранних измерениях, и образовывает 0,841 фемтометра. По окончании уточнения данных физики поняли, что свободные измерения одной и той же размеры отличаются на семь стандартных отклонений. Обстоятельство этого до сих пор малоизвестна — в соответствии с квантовой электродинамике, зарядовый радиус протона должен быть постоянной величиной.

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

Лэмбовский сдвиг — отличие в энергии между двумя электронными (либо мюонными) состояниями в атоме, обозначаемыми 2S и 2P. В соответствии с несложным квантово-механическим вычислениям, эти состояния должны быть равны по энергиям, но на практике ученые нашли различия. Эти отличия связаны с сотрудничеством электронов с флуктуациями вакуума, и по ним возможно весьма определить зарядовый радиус протона.

В новых опытах посредством лазера ученые изменяли состояния мюона в атоме.

Измеренный радиус дейтрона был, как и при протона, меньше, чем существующие оценки. При точности в 2,5 раза выше, чем при с электронным дейтерием, отличие между рекомендованной величиной радиуса дейтрона и измеренной составила 7,5 сигма (стандартных отклонений). Кроме того если сравнивать с измерениями радиуса лишь из Лэмбовского сдвига (не учитывая рассеяния электронов) величина отличается на 3,5 стандартных отклонения.

Результаты измерений зарядового радиуса дейтрона. Слева сверху — анализ нового опыта. CODATA-2010 — рекомендованная в физике величина.

D-spectroscopy — радиус на базе анализа Лэмбовского сдвига электронного дейтерия, e-d scatt. — электронное рассеяние на дейтроне. Randolf Pohl et al. / Science, 2016

Физики сделали на базе измерений новую оценку зарядового радиуса протона. Она была еще меньше, чем прошлые: 0,8356 фемтометра. Необходимо подчеркнуть, что погрешность данной величины выше, чем в прошлых мюонных измерениях. 

Ученые отмечают, что для надежной проверки источников расхождений в радиусах протона нужно совершить дополнительные измерения. В частности, ответственную данные возможно взять из рассеяния мюонов на протонах — это обязан выполнить опыт MUSE, разрабатываемый на базе Университета Пауля Шерера в Швейцарии.

Создатель: Владимир Королёв

Рассматриваем детали атомов


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: