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

  1. Nathalie Mayer , „  Proton je menší, než se očekávalo, potvrzuje se to  “ , na Futura Science ,7. listopadu 2019(zpřístupněno 10. ledna 2020 )
  2. Jean-Baptiste Veyrieras , „  Fyzika: proton je malý ... a normální - Science & Vie  “ , na www.science-et-vie.com ,20. listopadu 2019(zpřístupněno 10. ledna 2020 )
  3. (in) Natalie Wolchover , „  Fyzici konečně přibijí velikost protonu a naděje umírá  “ v časopise Quanta (přístup 10. ledna 2020 )
  4. (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 ).
  5. (in) „  poloměr načítání p  “ (zpřístupněno 7. listopadu 2019 ) .
  6. (in) „  zátěž rádiusu protonů rms  “ na NIST (zpřístupněno 7. listopadu 2019 ) .
  7. „  Případ zmenšující protonu  “ , na obvodu ústav pro teoretickou fyziku ,23. srpna 2013(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
  8. „  Jak velký je proton?“  » , Na CNRS ,6. července 2010(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
  9. Sylvestre Huet, „  Velikost protonu narušuje fyziku  “ , na Liberation.fr ,8. července 2010(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
  10. (v) Geoff Brumfiel , "  proton zmenší velikosti  " , Nature News , Nature Publishing Group,2010( DOI  doi: 10.1038 / novinky.2010.337 , číst online )
  11. (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 ).
  12. "  Nová hádanka protonu  " ,25. ledna 2013(zpřístupněno 30. srpna 2016 )
  13. (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 )
  14. (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 ).
  15. (v) Aviva Rutkin, „  Jak velký je proton? Nikdo přesně neví, a to je problém  “ , na New Scientist ,11. srpna 2016(zpřístupněno 29. srpna 2016 )
  16. Pohl 2016

Bibliografie