Новые расчеты «сократили» диаметр протона на 5%

Физики из Германии и России провели точные измерения размеров протона, и их результат оказался значительно меньше полученного в большинстве других измерений и расчетов. Подробности исследования опубликованы в журнале Science.

В 2010 году международная группа ученых обнародовала результаты экспериментов, в которых она измеряла размеры ядра мюонного водорода — в таком атоме место электрона занимает мюон, более тяжелая частица. Тогда физики получили результат, который был на 4% ниже полученных другими методами размеров: 0,84184 против 0,8768 фемтометра.

Последние эксперименты русско-германской группы показали, что такие же результаты можно получить и для «обычного» водорода. В своем исследовании ученые направляли на атомы водорода, содержащие электроны, два луча лазера. Один из них приводил электроны в возбужденное состояние, второй переводил их на орбиталь с еще большей энергией. После этого ученые фиксировали фотоны, которые испускал атом, когда электроны переходили обратно на орбиталь с более низкой энергией.

Полученные данные ученые сопоставили с более ранними измерениями, чтобы вычислить постоянную Ридберга. Она описывает количество энергии, необходимое, чтобы «оторвать» электрон от ядра атома водорода. Из этой константы можно вычислить радиус протона. Полученное значение соответствовало результату экспериментов с мюонным атомом и было на 5% меньше общепринятого значения.

Это исследование может стать первым шагом на пути к разрешению загадки различия вычисленных размеров протона. Однако перед этим, как подчеркивают авторы работы, необходимо получить подтверждение результата от другой научной группы. На проверку своих результатов авторы этих экспериментов уже потратили три года.