Пъзелът на протонния радиус още чака обяснение

Неразрешимата загадка с размера на протонния радиус предполага, че в теорията на елементарните частици има нещо сбъркано.

Въпреки нищожните си размери, протонът e достатъчно голям, за да побере три кварка и асоциираните с тях глуони. Радиусът на протона се определя от размерите на тези по-малки частици, както и взаимодействията между тях, и е основа в теорията за стандартния физически модел.

Радиусът на протон може да се измери, тъй като заряда на протона е равномерно разпределен, което оказва влияние върху орбитата, по която се движат електроните. Измервания с електрони дават стойности, които се вписват в съществуващите теории. Но преди няколко години, учените откриват по-тежък вариант на електрон, наречен мюон, който орбитира около протон. Това създава нова, по-тежка версия на водородния атом, при който при измерване на радиуса на протона се получава нова стойност – нещо, което не би трябвало да се случи.

„Пъзелът с протонния радиус“ предполага, че може да има нещо сбъркано в съществуващите физически модели. Учените откриват, че феноменът се наблюдава и при деутерий – по-тежък изотоп на водорода. Проблемът съществува и не може да бъде обяснен с наличните знания.

Електроните са част от материята. Те също така са част от по-голяма група частици, наречени лептони, повечето от които са много по-тежки и нестабилни. Мюонът е една от тях, с маса, близка до масата на протона и разпад от едва 2,2 милисекунди.

Голям брой учени изследват феномена чрез замяна на електрони, орбитиращи около протон, създавайки нова екзотична версия на водороден атом. В частите от секундата, преди мюона да се разпадне, свойствата на атомите могат да бъдат измерени. Учените се фокусират върху проследяването на енергията, необходима за преминаването на мюона през различни орбити около протона, по този начин измерват радиуса на протона.

При първия опит се случва нещо странно – стойността за радиуса на протона става значително по-малка от тази, получена с помощта на електрон. Мюона и електрона би трябвало да са еднакви, така че не би имало разлика. Именно това не може да обясни физиката.

Данните са извън статистическата грешка, макар че е възможна евентуална експериментална странност. Загадката с протона може да изглежда минимална, но радиуса на протона е в основата на стандартния модел на физиката на частиците.

Учените продължават с експериментите, като вместо единичен протон, използват ядро на деутерий, което има протон и неутрон. Наличието на неутрон би трябвало да промени начина, по който заряда на електрон и мюон се повлияват от протона. Измерванията отново показват промяна в радиуса на протона, далеч извън статистическата грешка.

Така „пъзелът с протонния радиус“ не намира обяснение. Учените публикуват различни други данни, като по-добри измервани с нормални електрони, или разрушаване на мюони с цел определяна на незнайна сила. Но категорично обяснение не съществува, което също така и да съвпада със стандартния физически модел.

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *