ТАСС, 27 января. Физики с очень большой точностью измерили радиус ядра атома гелия. Благодаря этому они сузили до минимума количество возможных объяснений для недавно открытых аномалий в размерах протона. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature.
"Ранее аномалии в размерах протона связывали с "новой физикой" в поведении мюонов. Результаты нашей работы делают это предположение менее вероятным. Объяснения необычно малого радиуса этой частицы по-прежнему нет, но постепенно что-то начало проясняться", – рассказал руководитель исследования, сотрудник Института Пола Шеррера (Швейцария) Франц Котман.
Физикам очень важно максимально точно определить размеры и структуру всех элементарных частиц – протонов, электронов, нейтронов и других. Таким образом ученые проверяют справедливость Стандартной модели – теории, которая описывает большую часть взаимодействий всех известных науке элементарных частиц, – а также отклонений от нее.
Одна из не разрешенных пока проблем физики элементарных частиц состоит в том, что разные способы измерения размера протона дают различающиеся результаты – 0,897 и 0,841 фемтометра (эта единица в квадриллион раз меньше метра). Первое значение соответствует Стандартной модели, а второе – нет.
Поэтому физики продолжают проводить аналогичные эксперименты в надежде понять, какая из двух оценок ближе к истине. В частности, физики измеряют диаметр альфа-частицы – ядра атома гелия, лишенного всех электронов.
Для этого альфа-частицы соединяют с мюонами – частицами в двести раз тяжелее электрона, но с равным зарядом. Подсвечивая мюоны лазерными импульсами, физики наблюдали, как эти частицы переходили на новые энергетические уровни и впоследствии возвращались назад, испуская частицы света. Измеряя свойства этих фотонов, ученые могут определить, на каком расстоянии от ядра гелия находился мюон и определить размеры самого атома с большой точностью.
Наблюдая за подобными вспышками света на протяжении многих месяцев, Коттманн и его коллеги смогли уменьшить погрешности измерений в пять раз и определить размеры ядра атома гелия с точностью до аттометра – квадриллионной доли миллиметра. Его диаметр составляет 1,67824 фемтометра, что в целом совпадает с результатами других измерений размеров ядра гелия и теоретическими предсказаниями.
По словам ученых, это исключает некоторые экзотические теории, которые связывают расхождения в значениях радиуса с отклонениями поведения мюонов от Стандартной модели. При этом Коттманн и его коллеги считают, что в реальности радиус протона ближе к меньшему из двух значений, а аномалии в измерениях могли возникнуть из-за неверных значений фундаментальных констант, таких как постоянная Ридберга.
Ученые надеются, что результаты их работы помогут теоретикам приблизиться к понимаю принципов, которые управляют устройством атомов и поведением протонов и нейтронов внутри них. Кроме того, с их помощью можно будет проверить существующие теории, которые описывают работу так называемых сильных ядерных взаимодействий, подытожили Коттманн и его коллеги.