Протонот е полесен отколку што се очекуваше - масата е за три стандардни отстапувања помала од претходната
Масата е за три стандардни отстапувања помала отколку според претходните мерења
Елементарни честички на вагата: протонот е значително полесен отколку што се сметаше порано. Ова е докажано со досега најпрецизно мерење на протонската маса. Оваа разлика не се манифестира до деветтото место по децималната точка, но сепак одговара на три стандардни отстапувања, како што известуваат истражувачите. Со оглед на основната важност на протонската маса за физиката, ова е апсолутно клучно.
Протонот е еден од основните градежни блокови на материјата, заедно со неутронот ги формира атомските јадра на сите елементи. Карактеристиките на протонот се соодветно важни за важните основни принципи на физиката. Неговата маса и радиус одредуваат како електроните кружат околу јадрото. Ова претставува основа за Ридбершката константа, природна константа која, меѓу другото, им ги дава на елементите нивните карактеристични спектрални линии. Различната улога во стабилноста на атомското јадро игра и масовната разлика помеѓу протонот и неутронот.
Протонската маса е исто така важна како референтна вредност при истражување на антиматеријата. Во теорија, паузата во симетријата што објаснува зошто материјата добила предност во универзумот може да се скрие во малите разлики во масите помеѓу протоните и антипротоните. Затоа е важно да се знае масата на протонот што е можно попрецизно.
Протони во стапицата на честички
Но, како што сега покажува, оваа важна вредност можеше да се прецени. Во нивниот експеримент, физичарите предводени од Свен Штурм од Институтот за нуклеарна физика Макс Планк во Хајделберг ја утврдија масата на протонот попрецизно од кога било досега. Ова е овозможено со помош на стапица Пенинг - контејнер во кој честичките се држат во суспензија со помош на електрични и магнетни полиња.
Полето што се менува предизвикува честичките да вибрираат странично додека се движат низ стапицата по ротирачки спирален тек. Трик: стапката со која се ротира протонот е директно пропорционална на неговиот однос маса-полнеж. Истражувачите ја рафинираа технологијата на мерење за нивно мерење. Тие го споредиле движењето на протоните со движењето на јон на јаглеродниот изотоп 12C (12C 6+) и биле во можност да ја одредат протонската маса особено прецизно.
„Прво складиравме еден протон и еден јаглероден јон (12C6 +) во одделни оддели на нашиот апарат за стапици во Пенинг, а потоа наизменично канализиравме еден од двата јони во централниот оддел за мерење и го меревме нивното движење во него“, објаснува Штурм.
Полесен од претходната референца
Резултат: Масата на протонот измерена од истражувачите е 1.007276466583 единици на атомска маса (u). Ова е значително полесно од вредноста 1.007276466879 u, која претходно се користеше како референца - дури и ако оваа разлика стане очигледна само од деветтото децимално место. Разликата одговара на три стандардни отстапувања, како што објаснуваат научниците.
Ова значи дека протонот е малку полесен отколку што се сметаше порано. Како што објаснуваат истражувачите, ова исто така го поместува односот на протонот на електронот во масата, што е важно за атомското однесување, и оној на протонот кон неутронот - но во вториот само со една стандардна девијација.
Три пати попрецизни од претходните мерења
За да бидат апсолутно сигурни дека несистематските грешки во мерењето доведоа до помала вредност, научниците ги проверија нивните вредности неколку пати споредувајќи ги со другите јони. Но, секој пат кога доаѓаа до истата помала протонска маса. „Не можевме да откриеме никакви систематски ефекти што се должат на нашиот метод“, рекоа Штурм и неговите колеги.
Покрај тоа, новата измерена вредност е прецизна до 32 трилионитиот дел - а со тоа и три пати попрецизна од сите претходни мерења, како што известуваат физичарите. Затоа сте релативно сигурни дека неговата вредност е поблиску до вистинската маса на протонот отколку референцата. (Писма за физички прегледи, 2017; дои: 10.1103/PhysRevLett.119.033001)
(Институт за нуклеарна физика Макс Планк, 21 јули 2017 година - НПО)