В 2010 году исследователи Института квантовой оптики Макса Планка провели спектроскопию мюонного водорода. Поскольку мюоны в 200 раз тяжелее электронов, они позволяют с огромной точностью изучать структуру протона. Полученный радиус составил 0,841 фм, что меньше ранее принятого значения (0,876 фм) из электронных экспериментов. Результат был подтвержден с достоверностью более 5 сигма и вызвал бурные споры, так как последующие измерения в обычном водороде давали старые цифры.
На днях две новые работы от команд из Калифорнии и Университета штата Колорадо развязали этот узел. Используя сверхточные лазерные методы в вакууме, ученые независимо измерили энергетические уровни водородных атомов. Опубликованные в *Nature* и *Physical Review Letters* результаты оказались в 2–3 раза точнее данных 2019 года. Комбинированный анализ подтвердил радиус около 0,84 фм с рекордной значимостью в 5,5 сигма.
«Мы считаем, что это последний гвоздь в гроб этой загадки», — заявил один из авторов.
Загадка аномального размера протона закрыта: результат полностью согласуется со Стандартной моделью и не требует введения новых частиц или сил. Современная физика элементарных частиц не допускает отклонений в характеристиках частиц, так как их определение достигает 12-го знака после запятой.
Традиционно радиус вычисляют по водороду (протон + электрон). Важно понимать, что протон — это не монолитная твердая сфера. Он представляет собой облако распределения заряда трех кварков, удерживаемых сильным взаимодействием. Границы протона определяются там, где плотность заряда падает ниже порога. Для более точного «прощупывания» этой границы тяжелый мюон заменяет электрон, так как он удерживается ближе к ядру и дает меньшую погрешность.
0 комментариев