Proton ist kleiner als gedacht, neue Messung findet


Das Proton, eines der bekanntesten und grundlegende Bausteine der Materie, entpuppt sich in ein paar Geheimnisse festhalten. Eine neue Messung ergab, dass der Radius des Protons rund 4 Prozent kleiner beträgt als bisher angenommen.

Protonen sind positiv geladene Elementarteilchen. Sie bilden gemeinsam mit Neutronen und Elektronen die Atome, die unser Universum aufzubauen.

Wissenschaftler entdeckten die überraschende Anomalie durch schießen Laserstrahlen auf eine exotische Version eines Wasserstoffatoms, besteht meistens aus einem Proton und ein Elektron. Die neue Messung der Genauigkeit des bekannten Proton Radius um den Faktor 10 verbessert hat, sagte der Forscher.

Die Feststellung bedeutet, dass entweder die Theorie, dass die EZB wie Licht und Materie (genannt Quantenelektrodynamik oder QED) interagieren überarbeitet werden muss, oder, dass eine Konstante verwendet in vielen grundlegenden Berechnungen falsch ist, der Forscher sagte.

Die Wissenschaftler detailliert ihre Entdeckung in der 8 Juli-Ausgabe der Zeitschrift Nature.

"Die Autoren Messung verwendet eine neuartige Methode, die empfindlicher als die früheren Methoden" schrieb Jeff Blumen von der britischen National Physical Laboratory in einem begleitenden Essay in der gleichen Ausgabe von Nature. "Aber es gibt ein Ergebnis, das deutlich abweichende daraus erzielten die nächste genaueste Methode, wirft Zweifel auf der QED-Berechnungen, die beide Methoden zugrunde liegen."

Blumen war nicht involviert in die neue Messung.

Exotische Wasserstoff

Im Experiment verwendeten die Forscher eine spezielle Version von Wasserstoff, die enthält ein Proton und ein Myon – eine exotische Cousin des Elektrons, das wiegt ungefähr 200 Mal mehr als ein Elektron. Das Myon, genau wie ein Elektron ist ein punktförmigen Teilchen, das die ausgedehntere Proton umkreist.

"Denken Sie an das Proton als fuzzy Wolke kostenlos," beschrieben, die leitende Forscher, Randolf Pohl des deutschen Max-Planck Institut für Quantenoptik. "Es ist keine harte Oberfläche, keine Kugel."

In der Tat passieren das Myon sogar quer durch das Proton enthält viel Freiraum zwischen seiner konstituierenden Bausteine – drei Teilchen Quarks genannt.

Das Myon kann verschiedene Energiezustände vorhanden sein, die beeinflussen, wie es das Proton kreist. Die Größe des Protons beeinflusst diese Staaten und wie viel Energie benötigt ein Myon aus einem und in ein anderes zu klopfen wird.

Und diese Effekte werden durch die größere Masse des Myons im Vergleich zu ein Elektron, so dass die Forscher eine Chance, in die orbitale Mechanik des Atoms peer verstärkt.

Strahlen mit Laser

Um auf die Größe des Protons, die Wissenschaftler in fein zu Hause abgestimmt einen Laserstrahl zu sprengen Sie ihre Wasserstoff-Atome mit ganz bestimmten Mengen an Energie, in der Hoffnung, der Myonen aus einem Energiezustand zur anderen springen zu stimulieren.

Für eine lange Zeit beobachteten sie wirkungslos im Bereich, den Sie erwarteten, den und nahm ihre Laser defekt war. Schließlich die Forscher versucht ein Energiespektrum vollständig aus der erwarteten Region entfernt, und fand genau den Übergang, die, den Sie gesucht haben.

"Wenn es war nicht in der angemessenen Region, wir unsere Suchregion auf die unvernünftigen erweiterten und dann wir diese Angabe eines Signals hatten," sagte Pohl LiveScience. "Wir waren wirklich erstaunt."

Wenn der neue Wert bestätigt wird, könnte es bedeuten, dass einige umschreiben der grundlegenden Physik in Ordnung ist.

Vielleicht ist der Wert der sogenannten Rydberg Konstante, die verwendet wird, um das Proton Größe berechnen aus. Wenn das der Fall ist, benötigen andere grundlegende Berechnungen zu überarbeiten, zu.

Oder vielleicht die gesamte Theorie beschreibt diese und andere Partikel-Quantenelektrodynamik – missverstanden.

"Wenn experimentelle Diskrepanzen bestätigt anstatt Fehler wird nicht gefunden, präzise Arbeit wie die von Pohl und Kollegen, die hochenergetischen Kollisionen von riesigen Beschleuniger, jenseits des Standardmodells der Teilchenphysik gesehen haben kann," schrieb Blumen.

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