Сегодня 18 июля 2026
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Физики решили задачу аномального размера протона — чуда не произошло

На днях вышли две работы по физике, которые с разных сторон решили задачу аномального размера протона, возникшую 15 лет назад. Современная физика элементарных частиц не допускает наличия аномалий в характеристиках частиц — точность их определения достигает 12-го знака после запятой, что не оставляет места для неопределённости. И всё же проведённые в 2010 году измерения радиуса протона не совпали с предыдущими значениями, что до сих пор оставалось загадкой.

 Полученное квантовой платформой изображение орбитали электрона вокруг протона в атоме водорода

Полученное квантовой платформой изображение орбитали электрона вокруг протона в атоме водорода

Традиционно радиус протона измеряется на примере атома водорода, который содержит один протон и один электрон. Строго говоря, протон не имеет физических размеров как некая монолитная частица. Он состоит из трёх обладающих зарядом кварков, удерживаемых вместе сильным ядерным взаимодействием и, по сути, представляет собой облако возможного расположения этих субатомных частиц в пространстве. Поэтому размеры протона принято описывать радиусом распределения плотности заряда кварков. Там, где заряд оказывается меньше определённого порогового значения, для физиков протон заканчивается.

Границы протона (распределение плотности заряда) измеряются с помощью электрона. Электрон находится рядом с протоном в электронном облаке — во всех возможных положениях, допускаемых его волновой функцией. Напомним, электрон «летал» по орбитам вокруг ядра в теориях столетней давности. Квантовая механика такого не допускает и считает, что до измерения положения электрона он одновременно находится в любом месте своего электронного облака (принцип суперпозиции). Для более точного измерения радиуса протона электрон заменяют на его более тяжёлого собрата — мюон. Мюон удерживается намного ближе к протону и тем самым позволяет уменьшить погрешность измерений.

Аномалия измерений возникла в 2010 году, когда группа учёных из Института квантовой оптики Макса Планка провела спектроскопию мюонного водорода. Мюоны в 200 раз тяжелее электронов и поэтому позволяют в десять миллионов раз точнее «прощупывать» внутреннюю структуру протона. Полученное значение радиуса — 0,841 фемтометра — оказалось меньше общепринятого до этого значения 0,876 фм, выведенного из электрон-протонного рассеяния и обычной спектроскопии. Измерение было сделано с достоверностью более 5 сигма и принято научным сообществом к рассмотрению. Последующие эксперименты 2013–2019 годов в основном подтверждали меньший размер, однако отдельные измерения в обычном водороде продолжали показывать прежнее, большее значение, что порождало споры.

В новых работах, проведённых научными командами из Калифорнии и Университета штата Колорадо, были использованы сверхточные лазерные методы в вакуумных камерах с обычными атомами водорода. Учёные контролировали движение электронов и измеряли разницу энергетических уровней, что позволило независимо определить радиус заряда протона. Одна статья в Nature, а вторая — в Physical Review Letters дали результаты, которые были в три и два раза точнее предыдущих измерений 2019 года соответственно. Комбинированный анализ подтвердил значение около 0,84 фемтометра с рекордной статистической значимостью в 5,5 сигма.

Таким образом, загадка размера протона разрешена в пользу меньшего радиуса, что полностью согласуется со Стандартной моделью и исключает необходимость в новых частицах или силах. «Мы считаем, что это последний гвоздь в гроб этой загадки», — заявил один из авторов статьи в Nature. Это не только закрывает давний спор, но и открывает путь к ещё более строгим проверкам фундаментальной физики.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
TikTok начала тестировать инструмент для выявления ИИ-дипфейков внешности пользователей 2 ч.
Ошибочка вышла: AWS выставила клиентам счета на миллиарды и триллионы долларов из-за проблем с биллингом 6 ч.
Новая статья: DOOM: The Dark Ages — Revelations. Без откровений. Рецензия 7 ч.
Nebius предложила партнёрам свои ИИ-технологии для развёртывания в сторонних ЦОД 7 ч.
Исследователи обнаружили вирус ClickLock для macOS, ворующий пароли и криптовалюту 8 ч.
На волне успеха: спустя неделю после релиза продажи Assassin’s Creed Black Flag Resynced взяли новую высоту 9 ч.
Американца арестовали по подозрению в краже криптовалюты через запрятанный в игры Steam вирус 11 ч.
Bethesda назвала Starfield «важной частью» своего будущего и намекнула на новое сюжетное дополнение в 2027 году 11 ч.
Открытые китайские ИИ-модели сократили отставание от передовых американских всего до четырёх месяцев 12 ч.
«Яндекс» улучшил поиск АЗС без очередей и оптимизировал построение маршрутов для экономии топлива 12 ч.
На фоне ИИ-бума ASML выдаст всем работникам премии в виде акций на сумму 20 тысяч евро 2 ч.
Meta готовится сдать Anthropic в аренду свой центр обработки данных в Джорджии за $10 млрд 2 ч.
Утечка подтвердила дизайн и характеристики широкого складного смартфона Samsung Galaxy Z Fold8 8 ч.
TSMC похвалилась успехами в разработке 1,4-нм техпроцесса A14 — он развивается быстрее N2 11 ч.
Caviar представила футбольный вариант грядущего Samsung Galaxy Z Fold8 Ultra за 799 000 рублей 11 ч.
Steam Machine с Windows оказалась немного быстрее, чем со SteamOS 12 ч.
Современной памяти не хватает: новые ПК всё чаще получают старые процессоры Intel и AMD 12 ч.
Разработана одежда, которая сама надевается на человека 12 ч.
Гонка за статус самой дорогой компании мира обострилась: Apple догоняет Nvidia и приближается к $5 трлн 12 ч.
Apple расширяет дело против OpenAI: компания заподозрила десятки бывших сотрудников 12 ч.