Botond, Mózes
10 °C
20 °C

Újra megmérték a protont

2013.01.25. 20:05
A legújabb mérések szerint a proton, az atommag pozitív töltésű részecskéjének sugara négy százalékkal kisebb, mint a korábbi kísérletek alapján feltételezték a fizikusok; a felismerés új elemi részecskék és erők felfedezéséhez vezethet. A Zürichi Szövetségi Műszaki Egyetem (ETH) kutatói a Science című tudományos folyóirat pénteki számában ismertették méréseik eredményét.

Éveken keresztül a fizikusok két közvetett eljárást alkalmaztak a proton méretének megállapítására. Egyrészt elektronsugárral bombázták a protonokat és mérték, hogy a kölcsönhatás következtében a részecskék milyen messze terelődnek el, másrészt a fizikusok az elektronok viselkedését a hidrogénatomokban is vizsgálhatják. Utóbbi kísérletek során lézerrel lövik a hidrogénatomot, aminek következtében a mag körül keringő elektron magasabb, instabil energiaszintre kerül. Amikor az elektron visszatér az alacsonyabb energiaszintre, röntgensugárzást bocsát ki, amelynek frekvenciája a proton méretétől függ. Mindkét eljárással a kutatók azt az eredményt kapták, hogy a proton sugara 0,88 femtométer (fm - a méter billiomod részének ezredrésze, 10 a mínusz 15-en).

Az ETH kutatói Aldo Antognini irányításával két évvel ezelőtt dolgoztak ki egy új eljárást a proton méretének meghatározására: kísérleteik alanyául ugyancsak a hidrogénatom szolgált, ám ezúttal az elektronokat kétszázszor nagyobb tömegű testvéreikkel, a müonokkal helyettesítették. A müonok túlsúlya miatt kifejezettebb az interakció mértéke, viselkedésük sokkal nagyobb mértékben függ a proton méretétől. A müonok által az alacsonyabb energiaszintre való visszatérés közben kibocsátott röntgensugárzás megmérésével a zürichi fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy a proton rádiusza 0,84 femtométer, azaz 4 százalékkal kisebb, mint hitték.

Két évvel később a zürichi kutatók megismételték a kísérletet, és ugyanazt az eredményt kapták. Az új kutatások kizárták a rendszerhibák lehetőségét és a mérések bizonytalansági szintjét 40 százalékra csökkentették.

Carl Carlson amerikai elméleti fizikus szerint az effektusok kutatása jelentős felfedezésekhez vezethet. A részecskefizika standard modellje szerint az elektronok és a müonok csupán tömegükben különböznek egymástól, néhány elméleti fizikus nem zárja ki annak a lehetőségét, hogy létezhet egy olyan még fel nem fedezett elemi részecske, amely kizárólag a müonokkal lép kölcsönhatásba. Ennek Felfedezése sok mindent megváltoztatna, és egy új fizika kezdetét jelentheti. Az elméletet két-három éven belül ellenőrizhetik, amikor a kutatók egy újabb módszert próbálhatnak ki a proton méretének megállapítására. Az amerikai Argonne Nemzeti Laboratórium tudósai, akik együttműködnek a zürichi ETH kutatóival, müonsugarat hoznak létre a protonokat bombázására. Amennyiben a kísérlet ugyanolyan eredményekkel zárul, mint a müon-hidrogén kísérlet, a kutatók szerint ez azt jelenti majd, hogy létezik az új fizika.