В жизни иногда небольшое изменение может иметь огромное значение. То же самое относится и к физике. Недавно в журнале Physical Review Letters было опубликовано новое исследование Института радиационной и ядерной физики им. Гельмгольца при Боннском университете в Германии, которое подтвердило недавно открытую теорию: протоны меньше, чем мы думали.
До 1990-х годов физики широко признавали, что протоны — это 88 фемтометров. Фемтометр — это одна квадриллионная часть метра, что соответствует 1000 триллионам в метре. Несколько лет назад появились новые исследования, согласно которым радиус протона составлял 84 фемтометра, что на четыре фемтометра меньше, чем при предыдущих измерениях.
Это открытие вызвало потрясение в физическом сообществе. Хотя разница в размерах может показаться невероятно малой для нефизиков, этого открытия было достаточно, чтобы заставить физиков усомниться в Стандартной модели физики элементарных частиц, известной многим как основа для всех взаимодействий частиц во Вселенной. Однако на самом деле различия могут быть не такими уж и большими.
Группа ученых во главе с доктором Ульфом Мейснером, профессором Боннского университета, направилась в архивы, чтобы проанализировать данные как недавних, так и более ранних экспериментов. Как только они сравнили это число со своими формулами, они обнаружили, что размер протонов, измеренный в прошлом, также составлял 84 фемтометра.
“Наши анализы показывают, что этой разницы между старыми и новыми измеренными значениями вообще не существует», — пояснил д-р Мейснер в пресс-релизе университета. Новое, более точное измерение протона ничего не изменило; вместо этого предыдущим расчетам мешала систематическая ошибка. Последняя проблема заключается в масштабах этой ошибки, которая является более значительной, чем предполагали физики ранее.
Так как же можно измерить протон, частицу, которая настолько мала, что измеряется в квадриллионных долях метра? Обычно исследователи начинали с того, что запускали пучок электронов в сторону протона с помощью ускорителя частиц. Когда электрон сталкивается с протоном, он посылает протон в полет. Чем больше протон, тем выше скорость протонно-электронных столкновений.
Изменение движения как электрона, так и протона может быть использовано для расчета размера протона, и чем выше скорость электронного луча, тем более точными становятся измерения. Однако более быстрый пучок электронов также увеличивает риск столкновений протонов и электронов, которые приводят к слиянию частиц в другие типы частиц. По этой причине ускорители частиц не часто используются для измерения протонов.
Существует еще один тип слияния частиц, который дает лучшие результаты. Когда электроны и позитроны сталкиваются из-за высокоскоростных электронных пучков, они аннигилируют друг с другом. Другие физики создали формулы, использующие эту информацию для расчета радиуса протона.
Проанализировав множество исследований с использованием различных методов измерения протонов, эти ученые пришли к выводу, что протоны все это время были 84 фемтометрами. Тем не менее, у старых физиков были ошибки в расчетах, а не в данных. В любом случае, эти результаты все еще подтверждают, что протоны на 5% меньше, чем мы предполагали 20 лет назад, небольшое изменение, которое имеет огромное значение.
