Problém s velikostí protonu
Problém velikosti protonu je problémem jaderné fyziky . Jedná se o poloměru náboje z protonu , u kterých se používají různé metody poskytují dva neslučitelné sady hodnot kolem 0,84 a 0,88 femtometer .
Zvýrazněn v roce 2010, tento problém je vyřešen v roce 2019 zkušeností interferometrie Ramsey (in), jejíž trvání bylo úspěšné 8 let vzáří 2019Výzkumný tým z York University v kanadském Torontu, vedený Ericem Hesselsem (v) a jeho týmem. Nakonec obě metody (muonický a klasický vodík) poskytují kompatibilní výsledky, ale poskytují číselnou hodnotu o něco menší než dříve přijaté hodnoty.
Historický
Nedávná měření poloměru nabíjení vodíku
Rok |
Metoda |
Nízká hodnota ( fm ) |
Vysoká hodnota (fm)
|
---|
2010 |
E / p difúze |
|
0,879 ± 0,006
|
2010 |
Kontrola CODATA |
|
0,877 ± 0,007
|
2010 |
Transition Přechod 2S → 2P |
0,841 84 ± 0,000 67 |
|
2013 |
Transition Přechod 2S → 2P |
0,840 87 ± 0,000 39 |
|
2014 |
Kontrola CODATA |
|
0,875 1 ± 0,006 1
|
2017 |
Přechod e 2S → 4P |
0,833 5 ± 0,009 5 |
|
2018 |
Přechod e 1S → 3S |
|
0,877 ± 0,010
|
2018 |
Kontrola CODATA |
0,841 4 ± 0,001 9 |
|
2019 |
E 2S → 2P přechod |
0,833 ± 0,010 |
|
2019 |
E / p difúze |
0,831 ± 0,012 |
|
Po desetiletí poloměr náboj na protonu byl považován za známý, dva různé způsoby poskytující kompatibilní výsledky, jeden po měření energetické hladiny na vodíkový atom a druhý o rozptylu elektronů (v) . Dat Výbor pro vědu a technologii (CODATA) formalizuje v roce 2010 hodnoty 0,877 ± 0,007 fm .
V roce 2010 tým vědců v čele s německým Randolf Pohl (z) k Paul Scherrer Institute oznámila nové opatření na základě jednoho atomu z muonic vodíku , to znamená, že k exotické atomy , ve kterém elektron z protium bylo nahrazeno mion . Zatímco se snažili vylepšit již známou hodnotu s větší přesností, zveřejnili vědci v Nature výsledek nekompatibilní s předchozími měřeními. Zjištěná hodnota, 0,841 84 ± 0,000 67 fm , je o 4% nižší než dříve přijatá hodnota, což značně převyšuje nejistoty měření . Nový experiment provedený v roce 2013 dosahuje 0,840 87 ± 0,000 39 fm , což je v souladu s předchozími výsledky, aniž by bylo poskytnuto jakékoli vysvětlení odchylky od hodnoty doporučené CODATA.
V roce 2019 oznamují dva různé týmy nové hodnoty: 0,833 ± 0,010 fm a 0,831 ± 0,012 fm , stále nízké hodnoty.
Případ deuteria
Poloměr zatížení na deuteronu, jádra deuteria skládá z protonu a neutronu byla měřena v roce 2016. Pokud jde o mion protium, což exotické atomu z deuteria , kde se elektron nahrazen mion, je byly použity k provedení měření . Výsledky také naznačují, že poloměr deutonu je významně menší než hodnota doporučená CODATA pro tuto velikost.
Interpretace výsledků
V době zveřejnění výsledků deuteria v srpnu 2016 vědci nevysvětlili nekompatibilitu mezi měřeními. Jednou zkoumanou cestou byla chyba v odhadu Rydbergovy konstanty atomu vodíku, ale v jiných experimentech byla měřena přesně.
Poznámky a odkazy
-
Nathalie Mayer , „ Proton je menší, než se očekávalo, potvrzuje se to “ , na Futura Science ,7. listopadu 2019(zpřístupněno 10. ledna 2020 )
-
Jean-Baptiste Veyrieras , „ Fyzika: proton je malý ... a normální - Science & Vie “ , na www.science-et-vie.com ,20. listopadu 2019(zpřístupněno 10. ledna 2020 )
-
(in) Natalie Wolchover , „ Fyzici konečně přibijí velikost protonu a naděje umírá “ v časopise Quanta (přístup 10. ledna 2020 )
-
(en) N. Bezginov, T. Valdez, M. Horbatsch, A. Marsman, AC Vutha a EA Hessels, „ Měření posuvu Beránek s atomovým vodíkem a poloměr protonového náboje “ , Science , sv. 365, n O 6457,6. září 2019, str. 1007-1012 ( DOI 10.1126 / science.aau7807 ).
-
(in) „ poloměr načítání p “ (zpřístupněno 7. listopadu 2019 ) .
-
(in) „ zátěž rádiusu protonů rms “ na NIST (zpřístupněno 7. listopadu 2019 ) .
-
„ Případ zmenšující protonu “ , na obvodu ústav pro teoretickou fyziku ,23. srpna 2013(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
-
„ Jak velký je proton?“ » , Na CNRS ,6. července 2010(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
-
Sylvestre Huet, „ Velikost protonu narušuje fyziku “ , na Liberation.fr ,8. července 2010(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
-
(v) Geoff Brumfiel , " proton zmenší velikosti " , Nature News , Nature Publishing Group,2010( DOI doi: 10.1038 / novinky.2010.337 , číst online )
-
(in) Randolf Pohl, Aldo Antognini François Nez, D. Fernando Amaro, Biraben François a kol. , „ Velikost protonu “ , Nature , sv. 466,9. července 2010, str. 213-216 ( DOI 10.1038 / nature09250 ).
-
" Nová hádanka protonu " ,25. ledna 2013(zpřístupněno 30. srpna 2016 )
-
(en) Aldo Antognini et al. , „ Proton struktura z měření 2S-2P přechodu frekvencemi Muonic vodíku “ , Science , vol. 339, n O 6118,25. ledna 2013, str. 417-420 ( DOI 10.1126 / science.1230016 )
-
(in) W. Xiong, A. Gasparian, H. Gao, D. Dutta, pan Khandaker a kol. , „ Malá proton náboj poloměr z elektron - protonového rozptylu experiment “ , Nature , sv. 575,6. listopadu 2019, str. 147-150 ( DOI 10.1038 / s41586-019-1721-2 ).
-
(v) Aviva Rutkin, „ Jak velký je proton? Nikdo přesně neví, a to je problém “ , na New Scientist ,11. srpna 2016(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
-
Pohl 2016
Bibliografie
- ( fr ) Randolf Pohl a kol. , „ Velikost protonu “ , Nature , n o 466,8. července 2010( DOI 10.1038 / nature09250 )
- ( fr ) Randolf Pohl a kol. , „ Laserovou spektroskopii muonic deuterium “ , Science , vol. 353, n o 630012. srpna 2016( DOI 10.1126 / science.aaf2468 )
- (en) Carl E. Carlson, „ The Proton Radius Puzzle “ , Pokrok v částicové a jaderné fyzice , sv. 82,Květen 2015, str. 59–77 ( DOI 10.1016 / j.ppnp.2015.01.002 , arXiv 1502.05314 )
- François Savatier, " Velikost protonu, přetrvávající problém ," Pour la vědu , n o 505,listopadu 2019, str. 6-7 ( číst online )