Naujas iššūkis fizikams: protonas gali būti mažesnis nei manyta ik šiol (Video) (6)

2010-07-09

Mokslininkai paskelbė eksperimentų rezultatus, kurie rodo, kad pagrindinė regimosios Visatos susėdamoji dalis, protonas, gali būti mažesnis nei manyta.

Atlikus skaičiavimus, dalelės spindulys sumažintas 4 proc., tvirtinama žurnale „Nature“ paskelbtame tyrime. Nors iš pirmo žvilgsnio tai neatrodo daug, turint omenyje be galo mažą protono dydį, tačiau šis atradimas gali mesti iššūkį fundamentaliam kvantinės elektrodinamikos suvokimu. Nebent skaičiavimuose arba eksperimente įsivėlė klaidų.

Tarptautinė 32 mokslininkų komanda, vadovaujama Randolfo Pohlo iš Maxo Plancko instituto Garchinge, Vokietijoje, tik patvirtino tai, kas ilgą laiką gyvavo kaip nuvertintos prielaidos. Dešimtmečius dalelių fizikai naudojo vandenilio atomą kaip etaloną, pagal kurį matuojami protonai – atomo branduolio dalys.

Vandeninio pranašumas – jo neprilygstamas paprastumas: aplink vieną protoną skrieja vienas elektronas. Deja, tiesiogiai išmatuoti protono dydžio nėra galimybių, nes dalelė tiesiog neturi aiškiai išreikštų paviršiaus ribų. Tad protono dydis buvo išmatuotas netiesioginiais metodais - įvertinant kaip toli  gali veikti jo teigiamas krūvis. Tokiems eksperimentams atlikti kaip niekas kitas tinka vandenilio atomas.

Priminsime, jog aplink atomo branduolį (kuriame slepiasi protonas ir neutronas) skrieja elektronas. Tiesa, elektrono judėjimo negalima aprašyti jokia apibrėžta trajektorija - dalelė tiesiog keičia tam tikrus energetinius lygmenis. Dar 1947 metais fizikai nustatė, jog vandenilio elektronas gali keliauti tarp dviejų energetinių būsenų - kuomet būsena yra pakeičiama, laikoma, jog įvyko dalelės kvantinis šuolis. Išsiaiškinę, kokia skirtuminė energija yra tarp šių būsenų, mokslininkai pasinaudodami kvantinės elektrodinamikos dėsniais gali apskaičiuoti protono dydį.

Naujojo eksperimento autoriai nusprendė patikslinti šiuos skaičiavimus naudodami naujausias mokslui prieinamas technologijas. Nors naujasis eksperimentas turėtų būti bent  10 kartų tikslesnis nei atlikti anksčiau, tačiau fizikų jis numatytas dar prieš 40 metų, tik iki šiol jo nebuvo įmanoma atlikti.

Eksperimento esmė – vandenilio atome esantį elektroną pakeisti neigiamą krūvį turinčiu miuonu, - dalele, kurios elektros krūvis toks pats, tačiau ji 207 kartus sunkesnė. Dėl masių skirtumo miuonas sukasi beveik 200 kartų arčiau protono, todėl jo energetinė būsena žymiai labiau priklauso nuo protono savybių.

Naudodami patį galingiausią, Šveicarijoje esantį miuonų gretintuvą (Paul Scherrer Institute in Villigen), mokslininkai suleido miuonus į talpą, kurioje buvo vandenilio atomų. Vidutiniškai kas šimtasis miuonas vandenilio atome pakeisdavo elektroną ir pakildavo į žymiai aukštesnį energetinį lygmenį, nei kad tą sugebėdavo padaryti elektronas. Su lazeriu dar padidinus miuono energiją, jis pereidavo į naują energetinį lygmenį, bet praktiškai iš karto sugrįždavo į žemesnį lygį, tuo pačiu išspinduliuodamas rentgeno spindulių dozę, detalizuoja Wired. Šių spindulių energetinė analizė padėjo mokslininkams iš naujo apskaičiuoti protono dydį. Apie patį eksperimentą išsamiau galima sužinoti šiame video siužete (tiesa, anglų kalba).


Gautų skaičiavimų duomenys rodo, jog protono spindulys yra 0.84184 femtometrų (vienas femtometras lygus 10-15 metrų). O tai - beveik 4% mažiau nei manyta iki šiol. Kol kas mokslininkai nežino, kodėl buvo gauti tokie rezultatai - jie prieštarauja kvantinės elektrodinamikos teorijai, kuri laikoma kaip viena iš tiksliausių fizikos teorijų. Tyrimo autorių kolegos neatmeta galimybės, jog viename ar keliuose eksperimento etapuose bus įsivėlusios klaidos. Kita galimybė - klaidų yra kvantinėje elektrodinamikos teorijoje. Na ir trečias variantas, apie kurį kalbama labai atsargiai - galbūt protonas turi mokslui dar nežinomų savybių.

„Net neįsivaizdavome, kad bus skirtumas tarp žinomo protono dydžio ir mūsų matavimų“, – teigė vienas tyrimo autorių Paulas Indelicato, Pierre`o ir Marie Curie universiteto Paryžiuje Kastler Brossel laboratorijos vadovas.

Jeigu nebus aptikta klaidų, Britanijos Nacionalinėje fizikos laboratorijoje Teddingtone dirbantis Jeffas Flowersas teigia, kad šis darbas į naują lygmenį gali perkelti dalelių fizikos teorijas. Jei šis atradimas bus patvirtintas, jis gali turėti didesnę reikšmę nei garsusis LHC dalelių greitintuvas CERN centre Šveicarijoje, kur bandoma patikrinti taip vadinamą Standartinį modelį, nusakantį subatominių dalelių hipotetinį sąrašą, savo komentare teigia britų mokslininkas.

„Dabar teoretikai perdarys savo lygtis, bus atlikta daugiau eksperimentų, galinčių tai patvirtinti ar paneigti“, – teigė P. Indelicato.

Aut. teisės: www.technologijos.lt

(0)
(0)
(0)

Komentarai (6)

Susijusios žymos: