«Магнитно-резонансная томография» протона указала на его сходство с антипротоном

Физики из Германии и Японии измерили одну из характеристик протона, g-фактор, в 11 раз более точно, чем раньше. Это позволило установить значение магнитного момента протона с точностью до трех миллиардных. Результат опубликован в Science.

Протон – положительно заряженная частица, которая находится в атомном ядре. Протон относится к адронам – типу частиц, у которых полученное экспериментальным путем значение g-фактора и связанного с ним магнитного момента сильно отличается от теоретических предсказаний. Физики объясняют это отличие тем, что в создании аддонов принимают участие виртуальные частицы. У таких частиц нарушена связь между их энергией и импульсом.

«Протон представляет собой уникальный вызов, потому что имеет такой маленький магнитный момент, – поясняет соавтор исследования Георг Шнейдер из Института физики в Майнце. – Поэтому нам нужна была ловушка с почти немыслимым уровнем чувствительности. Можно даже сказать, что мы сделали единичному протону МРТ высочайшей точности».

Группа ученых начала свою работу в 2005 году, используя в своих экспериментах ловушку Пеннинга, которая ловит отдельные частицы, сочетая два типа полей – магнитное и электрическое. Для этого была разработана одна из самых чувствительных ловушек Пфеннинга из когда-либо созданных. Значение g-фактора оказалось равно 2,79284734462(82), что практически не отличается от того же значения у антипротона, полученного назад коллаборацией BASE. Также удалось сократить время, которое требуется для единичного измерения, с трех часов до 90 минут.

G-фактор – множитель, который связывает гиромагнитное отношение частицы (отношение магнитного момента и механического момента) к классическому гиромагнитному отношению (которое выражается как заряд частицы, деленный на произведение двух ее масс и скорости света в вакууме). За его экспериментальное измерение у электрона Поликарп Куш получил Нобелевскую премию по физике в 1955 году.