Auf mysteriöse Weise schrumpfen Proton weiterhin Physiker Puzzle

DENVER – Die Größe eines Protons, lange Zeit als gut verstanden werden kann ein Rätsel für eine Weile nach Physiker bleiben.

Heute (13. April) in der April-Tagung der American Physical Society, Forscher sagten sie brauchen mehr Daten zu verstehen, warum neue Messungen der Proton Größe nicht alten übereinstimmen.

"Die Diskrepanz ist eher streng," sagte Randolf Pohl, ein Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik. Die Frage, Pohl und seine Kollegen sagte, ist, ob die Erklärung ist langweilig – jemand durcheinander die Messungen – oder etwas, das neu zu generieren, wird Physik Theorien. [Verrückte Physik: die coolsten Teilchen in der Natur]

Das unglaubliche schrumpfende proton

Das Proton ist ein positiv geladenes Teilchen im Kern der Atome, die Bausteine von allem. Jahrelange Messungen gekoppelt das Proton am 0,8768 Femtometer Radius (ein Femtometer ist ein Millionstel einer Milliardstel eines Meters).

Aber eine neue Methode im Jahr 2009 fand eine andere Messung: 0,84087 Femtometer, 4 Prozent Unterschied im Radius.

Vorherigen Messungen hatte Elektronen negativ geladenen Teilchen verwendet, die den Kern in einer Wolke, Proton Radius bestimmen Kreisen. Um die Messung mit Elektronen zu machen, können Forscher eines von zwei Dingen tun. Erstens können sie Feuer Elektronen an Protonen zu messen, wie die Elektronen abgelenkt werden. Diese Elektronenstreuung Methode bietet einen Einblick in die Größe der positiv geladenen Protonen.

Eine Alternative ist zu versuchen, die Elektronen bewegen. Elektronen zing um den Kern eines Atoms, wo Protonen befinden, auf verschiedenen Ebenen genannt orbitale. Springen sie von Orbital, Orbital, durch erhöhen oder verringern ihre Energie, die Elektronen durch ein Elementarteilchen des Lichts genannt ein Photon zu gewinnen oder verlieren. Die Energiemenge, die es braucht, um ein Elektron von Orbital, Orbital rühren erzählt Physiker, wie viel Zug das Proton hat und somit das Proton Größe.

Pohl und seine Kollegen nicht Elektronen überhaupt in ihren Messungen des Protons zu benutzen. Stattdessen wandte man sich an einem anderen negativ geladenen Teilchen, genannt das Myon. Das Myon ist 200 Mal schwerer als ein Elektron, so dass er das Proton 200 mal näher umkreist. Dieses Heft erleichtert es für Wissenschaftler Vorhersagen, welche Orbital in ein Myon befindet und somit ein sehr viel empfindlicher Maß für Proton Größe.

"Das Myon ist näher an das Proton und es hat eine bessere Sicht", sagte Pohl.

Mögliche Erklärungen

Diese sensiblen Myon-Messungen sind diejenigen, die das Ergebnis kleiner als erwartet für den Proton-Radius, eine völlig unerwartete Entdeckung gab, sagte Pohl. Nun, sind Physiker Rennen, um die Diskrepanzen zu erklären.

Eine Möglichkeit ist, dass die Messungen einfach falsch sind. Pohl, sagte dieser "langweilig"Erklärung"ist sehr wahrscheinlich, aber nicht alle Physiker stimmen.

"Ich würde sagen, dass es nicht die experimentelle Seite ist", sagte Massachusetts Institute of Technology Physiker Jan Bernauer.

Die Elektron-basierten Messungen vielfach wiederholt und sind gut verstanden, Bernauer sagte, und Myon Experimente haben den Vorteil, daß, wenn sie fertig falsch, sie bieten keine Ergebnisse überhaupt.

Wenn experimentellen Fehler herausstellt, nicht um den Täter zu sein, möglicherweise einige Berechnung Problem, "so wissen wir eigentlich alles, was geht, aber wir es einfach nicht Recht rechnen", Bernauer Reportern.

Aufregendsten aller, die Diskrepanz könnte einige neue Physik, die nicht durch die dominante Physik Theorie, das Standardmodell erklärt aufdecken. Vielleicht gibt es etwas Unbekanntes wie Elektronen und Myonen mit anderen Teilchen interagieren, sagte John Arrington, Physiker am Argonne National Laboratory in Illinois. [Insbesondere verdreht: 7 mind-blowing Ergebnisse]

Eine Möglichkeit ist, dass Photonen sind nicht die einzigen Teilchen, die Kräfte zwischen den Teilchen tragen – vielleicht ein unbekanntes Teilchen ist in der Mischung, die Proton-Messung Abweichungen verursachen.

Nächste Schritte

Um herauszufinden, was vor sich geht, sind die Physiker eine neue Reihe von Experimenten über mehrere Labors Einleitung. Eine große Linie der Forschung umfasst die Prüfung Elektron-Streuexperimente sicher sein sie haben wurde richtig gemacht und, dass alle Facetten verstanden werden, sagte Arrington.

Ein weiteres Ziel ist die Streuung Versuche zu wiederholen, aber anstatt zu schießen von Elektronen an Protonen werden sie Protonen Myonen schiesst. Dieses Projekt, das Myon Scattering Experiment oder MUSE, wird voraussichtlich am Paul Scherrer Institut in der Schweiz stattfinden. Die Einrichtungen dort ermöglicht Forscher gleichzeitig Elektron und Myon-Streuung in einem Experiment gemessen.

"Die Hoffnung ist, dass auf der Elektronenstreuung Seite, wir alles doppelt überprüft haben werde, die Herausforderung bei diesen Messungen sind", sagte Arrington. "Wenn wir diese Diskrepanz noch haben, werden wir in das letzte Feld füllen und schauen Sie sich die Myon-Streuung und sehen, unabhängig davon, wie Sie die Messung machen, tun Elektronen und geben Myonen Sie etwas anderes?"

Der Plan ist, sammeln Daten in das Experiment in 2015 oder 2016 Arrington sagte, was bedeutet, dass die Größe des Protons in der Schwebe ein wenig länger bleiben wird.

"Es ist nicht einfach," sagte Arrington. "Wir hoffen, es in etwas weniger als 10 Jahren zu tun, aber vielleicht sind wir optimistisch."

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