FoodPro Preloader

Protonen krymper i størrelse


Av Geoff Brumfiel Protonen ser ut til å være 0.00000000000003 millimeter mindre enn forskere som tidligere trodde, ifølge arbeid som ble publisert i 8. juli utgaven av Nature. Forskjellen er så uendelig at det kan trodde at noen, selv fysikere, ville bryr seg. Men de nye målingene kan bety at det er et gap i eksisterende kvantemekanikk teorier. &qu

Av Geoff Brumfiel

Protonen ser ut til å være 0.00000000000003 millimeter mindre enn forskere som tidligere trodde, ifølge arbeid som ble publisert i 8. juli utgaven av Nature.

Forskjellen er så uendelig at det kan trodde at noen, selv fysikere, ville bryr seg. Men de nye målingene kan bety at det er et gap i eksisterende kvantemekanikk teorier. "Det er en veldig alvorlig uoverensstemmelse, " sier Ingo Sick, fysiker ved Universitetet i Basel i Sveits, som har forsøkt å forene funnet med fire tiår med tidligere målinger. "Det er virkelig noe alvorlig galt et sted."

Protoner er blant de vanligste partiklene der ute. Sammen med deres nøytrale motparter, nøytroner, danner de kjernene til hvert atom i universet. Men til tross for det daglige utseendet, forblir protonen noe av et mysterium for kjernefysikere, forteller Randolf Pohl, forsker ved Max Planck Institute of Quantum Optics i Garching, Tyskland, og en forfatter på Nature- papiret. "Vi forstår ikke mye av sin interne struktur, " sier han.

Fra det fjerne ser protonen ut som et lite punkt med positiv ladning, men ved mye nærmere inspeksjon er partikkelen mer kompleks. Hver proton er laget av mindre grunnleggende partikler kalt kvarker, og det betyr at ladningen er grovt spredt gjennom et sfærisk område.

Fysikere kan måle størrelsen på protonen ved å se på som et elektron interagerer med en proton. En enkelt elektron som kretser en proton, kan bare okkupere bestemte, diskrete energinivåer, som er beskrevet av kvantemekanikkens lov. Noen av disse energinivåene avhenger delvis av protonstørrelsen, og siden 1960-tallet har fysikere gjort hundrevis av målinger av protonens størrelse med svimlende nøyaktighet. De siste estimatene, laget av Sick ved hjelp av tidligere data, satte protonens radius på rundt 0, 8768 femtometre (1 femtometer = 10-15 meter).

Litt rart

Pohl og hans team har kommet opp med et mindre tall ved å bruke en kusine av elektronen, kjent som muon. Muons er omtrent 200 ganger tyngre enn elektroner, noe som gjør dem mer følsomme for protonens størrelse. For å måle protonradiusen ved hjelp av muonen, fyrte Pohl og hans kollegaer muoner fra en partikkel akselerator ved en sky av hydrogen. Hydrogenkjerner består hver for seg av en enkelt proton, bundet av et elektron. Noen ganger erstatter en muon en elektron og kredser rundt en proton. Ved hjelp av lasere målte teamet relevante muoniske energinivåer med ekstremt høy nøyaktighet og fant at protonen var rundt 4 prosent mindre enn tidligere antatt.

Det høres kanskje ikke så mye ut, men forskjellen er så langt fra tidligere målinger at forskerne faktisk savnet det de to første gangene de kjørte eksperimentet i 2003 og 2007. "Vi trodde at vårt lasersystem ikke var bra nok, sier Pohl . I 2009 så de utover det smale området der de forventet å se protonradiusen og så et umiskjennelig signal.

"Hva gir? Jeg vet ikke, " sier Sick. Han sier at han tror det nye resultatet, men at det ikke er noen åpenbar måte å gjøre det kompatibelt med år tidligere målinger.

"Det er noe som mangler, dette er veldig klart, " sier Carl Carlson, en teoretisk fysiker ved College of William & Mary i Williamsburg, Va. Den mest spennende muligheten er at tidligere uoppdagede partikler endrer samspillet mellom muon og protonen. Slike partikler kan være "superpartners" av eksisterende partikler, som spådd av en teori kjent som supersymmetri, som søker å forene alle fysikkens fundamentale krefter, bortsett fra tyngdekraften.

Men, Carlson sier, "det første er å gå gjennom de eksisterende beregningene med en fin tannkamme." Det kan være at det ble gjort en feil, eller at tilnærminger i eksisterende kvanteberegning bare ikke er gode nok. "Nå vil jeg sette pengene mine på en annen rettelse, " sier han. "Det er også hvor forskningstiden min skal gå over neste måned."

Siste nytt