Протягом вже довгого часу ведеться наукова дискусія про розмір протона. Вчені не можуть погодитися з тим, наскільки велика субатомна частинка, але новий вимір тільки що показав сильний довід на користь меншого протона.
Вивчаючи, як електрони розсіюються з протонами, вчені з експериментом PRad в Лабораторії Джефферсона в Ньюпорті, отримали вимірювання радіусу протону рівне нікчемним 0,83 фемтометра або мільйонних частках мільярдної частки метра. Це приблизно на 5 відсотків менше, ніж прийнятий в даний час радіус, близько 0,88 фемтометра.
Новий радіус додає ще більше неясності до плутанини вимірювань, кожен з яких, здається, потрапляє в один з двох таборів - на користь або стандартного радіусу, або трохи меншого розміру. З новим результатом PRad, «якщо завгодно, головоломка радіусу протона стала ще більш спантеличуючою», - говорить фізик Ніланга Ліянадж з Університету Вірджинії. Він представив результати експерименту на спільному засіданні Відділення ядерної фізики США і Фізичного товариства Японії, яке відбулося на Гаваях.
Експеримент, в якому електрони розсіюються від протонів, що містяться у водневому газі, покращує результати попередніх експериментів з розсіювання електронів-протонів, вловлюючи електрони, які розсіюються під кутом всього 0,6 градуса. Такі електрони допомагають визначити розмір протонів, зондуючи самі зовнішні краї протонів.
Невеликий радіус суперечить попереднім вимірам електронного-протонного розсіювання, а також деяким вимірюванням радіусу водню, виконаним з використанням інших методів. Однак результат все ж є попереднім, вважають дослідники. Потрібна додаткова робота до того, як результати дослідження будуть представлені в науковий журнал, і будуть оцінені іншими дослідниками.
"Це відмінний результат; це важкий експеримент ", - говорить фізик Ян Бернауер з Університету Стоуні Брук у Нью-Йорку, який працював над більш раннім виміром електронно-протонного розсіювання з командою вчених під назвою" Співпраця A1 ". Проте, він сказав, що «трохи рано говорити що-небудь» про справжні розміри протону.
На додаток до електрон-протонного розсіювання вчені використовують два інших методи для вимірювання розміру протона. Один з методів, званий водневою спектроскопією, використовує лазери для вивчення енергетичних рівнів атома водню.
Оскільки кожен атом водню складається з одного протона і одного електрона, енергетичні рівні атомів залежать від того, наскільки великий протон. Інший метод, введений в 2010 році, аналогічний водневій спектроскопії, але електрони атомів водню замінені для більш важкого родича електрона, званого мюоном.
Радіус протона - важлива властивість природи. І плутанина в його розмірах заважає вченим проводити інші експерименти, такі як перевірка теорії квантової електродинаміки, яка описує, як поводяться світло і заряджені частинки.
Майбутні експерименти можуть допомогти вирішити розбіжності, в тому числі майбутній експеримент MUSE, який будується в Інституті Пола Шеррера в Швейцарії, і буде розсіювати мюони протонів. Але поки дискусія триває.