Одна из наиболее распространенных частиц во Вселенной немало озадачила ученых: протон, фундаментальная составляющая ядра атома, оказался меньше в размерах, чем утверждают существующие физические модели. И несмотря на три года попыток проанализировать результаты экспериментов, выявивших это расхождение, никто не может указать его причины.
Протон меньше протона: Экспериментально доказано
Три кварка одного протона: 0,84 фм или 0,87 фм?

Проблемы начались в 2010 году, когда в Nature была опубликована статья, указывающая на 4%-ное уменьшение размера протона. Исследователи устроили атомам водорода бомбардировку мюонами, которые занимали место электронов. Поскольку масса мюона примерно в 200 раз больше массы электрона, размер мюонной орбитали во столько же раз меньше электронной. Измерив методом лазерной спектроскопии Лэмбовский сдвиг для получившегося мюонного водорода, исследователи смогли определить и размеры протона. Однако результат их вычислений (rp = 0,84184 (67) фм) отличался от радиуса протона, измеренного другими методами (rp = 0,8768 (69) фм), на 4% - значительно выше погрешности эксперимента.

В новом эксперименте, проведенном учеными из Швейцарии, для определения размеров протона также был использован мюонный водород, но измерения проводились для другого набора энергетических уровней. Результаты подтвердились: 0,84087 (39) фм, причем авторы работы утверждают, что точность возросла на порядок по сравнению с экспериментом 2010 года. При этом другие, не мюонные методы исследования, по‑прежнему дают величину около 0,87 фм.

Ученые не исключают, что между тем, как мюоны и электроны взаимодействуют с протонами, существуют некоторые различия, лежащие за рамками существующих физических моделей. Однако переписывать учебники физики пока не спешат, продолжая поиск ошибок в уравнениях, по которым на основе измерений вычислялись размеры протона.

По сообщению Nature News