Протон может "похудеть" на 4%, считают ученые

Размер главного строительного блока Вселенной - протона - по всей видимости, оказался переоценен, и на самом деле примерно на 4% меньше, чем считалось ранее. Если этот результат подтвердится, это может привести к пересмотру существующей физической теории, пишут ученые в статье, опубликованной в журнале Nature.

Авторы исследования, Рандольф Пол (Randolf Pohl) из германского Института квантовой оптики и его коллеги измерили величину одного из квантовых эффектов, так называемого сдвига Лэмба, в эксперименте с экзотическими разновидностями атома водорода - мюонным водородом и мюонным дейтерием. В этих атомах вокруг протона вращается не электрон, а мюон - частица с отрицательным зарядом, равным заряду электрона, но в 207 раз тяжелее его.

Эти измерения позволили примерно на порядок увеличить точность измерения радиуса протона, однако полученные данные, как оказалось, значительно отличаются от прежних измерений.

Ранее ученые определяли размер протона (точнее, так называемый зарядовый радиус) с помощью прямого метода - измерения рассеивания электронов, и косвенного - водородной спектроскопии. Первый метод давал несколько более грубый результат - 0,897 фемтометров (триллионных долей миллиметра), данные спектроскопии давали 0,8768 фемтометров.

Пол и его коллеги провели эксперимент на источнике мюонов, установленном в швейцарском Институте Пауля Шерера. Ученые направляли поток мюонов в водород и получали некоторое количество относительно устойчивых (метестабильных) мюонных атомов, которые могли существовать в течение одной микросекунды. Затем мюонный водород подвергали действию лазера, так чтобы происходил сдвиг Лэмба - различия в энергии между двумя состояниями атома. Поскольку мюон значительно тяжелее электрона, эти измерения позволили со значительно большей точностью подсчитать, в частности, размер протона.

Полученное значение оказалось равно 0,84184 фемтометра. "Наши результаты свидетельствуют, что либо значение константы Ридберга должна быть пересмотрено... либо подсчеты эффектов квантовой электродинамики для атомов водорода или мюонного водорода были неудовлетворительными", - говорится в статье.

Если в полученных исследователями данных не будет найдено ошибок, это может привести к пересмотру господствующей сейчас физической теории - Стандартной модели - значительно раньше, чем новые результаты начнет давать Большой адронный коллайдер.

По материалам РИАН