Стандартная модель физики элементарных частиц подтверждается с точностью до десятой миллиардной доли процента
Оценка радиуса протона, основанная на измерениях атомов водорода, позволила ученым протестировать стандартную модель физики элементарных частиц.
Более десяти лет ученых сдерживала путаница в отношении размера протона. Разногласия в измерениях радиуса субатомной частицы привели к тому, что ученые не смогли проверить одну из своих ключевых теорий с предельной точностью, к которой они стремились.
Новое измерение позволяет достаточно точно определить радиус протона, чтобы можно было протестировать стандартную модель физики элементарных частиц, которая описывает субатомные частицы и их взаимодействия. Теория согласуется с экспериментом более чем на десятую часть миллиардной доли процента, сообщают физик Лотар Майзенбахер и его коллеги 11 февраля в журнале Nature.
Исследователи изучали атомы водорода, измеряя частоту излучения, необходимую для перехода атома между двумя различными энергетическими уровнями. Эта информация, в сочетании с другими измерениями, показала, что радиус протона составляет около 0,84 триллионных долей миллиметра.
Эта цифра согласуется с множеством измерений, которые предполагают, что размер протона меньше, чем считалось ранее, и измерения достаточно точны, чтобы исключить увеличение радиуса примерно на 4 процента, обнаруженное в некоторых более ранних экспериментах.
Это подтверждение того, что радиус протона невелик, позволило исследователям использовать свои данные для проверки стандартной модели. Стандартная модель может предсказать частоту излучения, необходимую для того, чтобы заставить атом перескочить с одного энергетического уровня на другой в их эксперименте. Но необходимо независимое измерение радиуса протона. Теперь, когда исследователи провели различие между большими и малыми значениями, они могли использовать другое измерение радиуса протона, которое позволяет получить меньший размер, выполненное с использованием экзотического типа водорода, называемого мюонным водородом. Это протон, связанный с тяжелым родственником электрона, называемым мюоном.
Предсказание стандартной модели совпало с экспериментом, подтвердив теорию. В частности, это подтвердило один из столпов теории, называемой квантовой электродинамикой, которая описывает взаимодействие электрически заряженных частиц и света.
По словам Майзенбахера, который проводил эту работу в Институте квантовой оптики имени Макса Планка в Гархинге, Германия, ученые в конечном итоге ожидают, что они найдут тест, который не пройдет стандартная модель. Теория не объясняет такие явления, как темная материя, невидимая субстанция, которая помогает связывать галактики вместе. “Эти тесты важны, потому что мы знаем, что наше понимание мира не является полным”.