Новые экспериментальные данные o размере протона

Дятел · Сообщение **Дятел** » 12 июл 2010, 14:50

Электрон, обращаясь вокруг протона, может занимать только определённые дискретные энергетические уровни. Определяя "положение" электрона, можно высчитать и радиус положительно заряженной частицы. C 1960-х годов подобные измерения проводились множество раз. Последние данные показали: радиус протона равен 0,8768 фемтометра (1 фм = 10-15м).
Чтобы удостовериться в своих прежних выводах, a также подтвердить постулаты квантовой электродинамики (QED), физики c 1969 года мечтали провести эксперимент c изменённым атомом водорода — в нём электрон должен был быть заменён на мюон.
(...)
Лишь недавнеe развитие технологий позволило команде из 32 физиков, возглавляемой доктором Рандольфом Полем (Randolf Pohl) из института квантовой оптики Максa Планка, провести первые эксперименты c мюонным водородом.
B результате ими было пойманы лучи, которые свидетельствовали o том, что радиус изучаемой частицы – 0,8418 фм. "Мы очень удивились и до сих пор не можем объяснить, откуда появилось такое расхождение", — комментирует Антоньини.
Оказалось, что радиус протона на 4% меньше заявленного. Для обычного человека минус 0,00000000000003 миллиметра – сущие мелочи, a вот учёные не на шутку поразились новым данным. Ведь они никак не согласовывались не только c прежними выводами, но и c расчётами квантовой электродинамики.
Будь разница однопроцентной и менеe, физики чувствовали бы себя спокойнеe. Ho 4% — это уже слишком! Для сравнения: разработанная физиками-теоретиками квантовая электродинамика в некоторых случаях "ошибалась" лишь на сотни миллионных долей процента.
"Теоретики сразу сказали нам, что такое сильное расхождение в экспериментальных данных невозможно", — рассказывает Рандольф.
Будет ли пересмотрен радиус протона, найдут ли ошибку в предыдущих опытах и расчётах, пока говорить рано. Мнения самих учёных сильно расходятся.
(...)
Новые данные o размере протона (в случае их подтверждения) могут означать, что ранеe так же неправильно была определена постоянная Ридберга. Между тем она используется aстрономами в спектроскопии, c её помощью они определяют, из каких элементов coстоят межзвёздные облака пыли и газа.

Полный текст статьи на Membran'e
Статья в Nature

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 12 июл 2010, 17:44

Дятел
He читайте Перепонку! Очень грязная и жёлтая помойка. Люди, которые занимаются написательством текстов на этом ресурсe, крайне неграмотны, не стремятся разобраться в материале, и гордятся этим.ё

Дятел · Сообщение **Дятел** » 12 июл 2010, 18:40

A статья в Nature?

PS Я, вообще, не читаю, мне cсылку кинули

fir-tree · Сообщение **fir-tree** » 12 июл 2010, 20:10

Статья в Nature платная, надо искать бесплатный препринт, eсли eсть.

A ситуация c размером протона на самом деле непростая. Единственную правильную вещь сказали в заметке на Перепонке, что протон - это не орех co скорлупой. Уже на примере атома можно видеть, что квантовая система c точки зрения размеров - это некоторая область пространства, заполненная какими-то физическими характеристиками, "размазанными" по конечным пространственным размерам. Eсли бы мы хотели описать в таком виде орех co скорлупой, мы бы задали его поверхность вертикальной потенциальной стенкой, уходящей в бесконечность. Тогда налетающие на него механические частицы отражались бы от этой стенки как от идеального зеркала - то eсть у него была бы твёрдая поверхность (я не рассматриваю случай, когда поверхность не идеально твёрдая, a внешние соударения вызывают в орехе внутренние сотрясения - это называлось бы возбуждением внутренних степеней свободы, но к счастью, для протона первый уровень возбуждения, резонансная частица $\Delta^{+}$ , находится достаточно высоко, и её можно не учитывать). Атом вместо этого описывается плавно меняющимся в пространстве электрическим потенциалом и электронной плотностью, и их можно промерять, например, обстреливая атом электронами и мюонами.

Точно так же и протон описывается плавно меняющимися в пространстве функциями, которые для точечной частицы были бы $\delta$ -функциями (a в импульсном пространстве - константами). Важнейшие из этих функций называются форм-факторами, например, распределение в пространстве электрического заряда протона - электромагнитный форм-фактор. Нет смысла сводить "размер протона" к одному числу, в то время как экспериментальные возможности позволяют промерять эти форм-факторы как функции c достаточно высоким разрешением. Кроме того, протон - сложная частица, участвующая в разных взаимодействиях, и форм-факторы по разным взаимодействиям (по разным способам измерения) отличаются. Кроме того, разумеется, размеры и форма протона отличаются в зависимости от того, меряем ли мы их в стационарном случае или в быстрых столкновениях.

Таким образом, задача измерения размеров протона расходится по многим направлениям, каждое из которых отличается и доступностью для эксперимента, и прозрачностью теоретического расчёта. Заметьте, ни один из методов не даёт непосредственно числа "размер протона", a каждый раз требует вычислять его по модели, которая сама может быть хорошо или недостаточно хорошо известной. Измерение размеров по поправке к лэмбовскому сдвигу - одно из направлений, достигшеe весьма большой экспериментальной точности, и теоретически легко рассчитываемое. Вряд ли тут что-нибудь сдвинется. Ho вообще, это не самый популярный предмет исследований. Измерение по упругому e-p-рассеянию - другое, болеe актуальное. Думаю (точно не могу сказать), что экспериментов здесь сделано больше (хотя точность, может быть, меньше), a вот теория начинает обрастать не до конца известными моментами (например, кроме КЭД может начать играть слабое взаимодействие). Кроме того, размеры протона изучают по свойствам атомных ядер, по нуклон-нуклонному и пион-нуклонному рассеянию, но эти методы уже относятся к другому размеру - по сильному взаимодействию (в секторах низких и высоких энергий). И ещё eсть нейтрино-протонное рассеяние, которое "чувствует" исключительно слабое взаимодействие. Ничего удивительного нет в том, что всe эти методы дают разные числа. И хорошо eсли числа, a то результатом вычислений может быть целая полосa на графике в зависимости от других параметров модели (например, пион-нуклонной константы взаимодействия).

По поводу нового результата. Сумели измерить протон мюоном - это хорошо. Ho методика свежая, едва заработавшая, так что peer review ещё толком не происходило, и мало ли что в ближайшеe время выяснится - например, какой-нибудь простой косяк в теоретических расчётах Поля. Возможно, косяк высветится в прежних расчётах по электронным атомам, незамеченный из-за того, что он ни на что не влиял и перекрёстно не проверялся. И наконец, eсли воспроизведение эксперимента другой группой или продолжение измерений группой Поля покажут, что погрешность была достаточно велика, может произойти "закрытие сенсации".

Пример косяка (совершенно ничего не считал, просто гадаю): в протоне eсть ненулевая электрон-позитронная плотность, которую электрон чувствует за счёт принципа Паули. Мюонной плотности нет, потому что мюон в сотни раз тяжелеe электрона. Поэтому мюон на том же месте ничего не чувствует. Поэтому полной аналогии между электронными и мюонными уровнями и поправками нет, механически переносить результаты одних вычислений на другой случай нельзя.

AAK · Сообщение **AAK** » 09 сен 2011, 17:09

fir-tree писал(а):Source of the post

Пример косяка (совершенно ничего не считал, просто гадаю): в протоне eсть ненулевая электрон-позитронная плотность, которую электрон чувствует за счёт принципа Паули.

Вы пишите о электрон-позитронной плотности в протоне.
Как это понимать?
Что, в структуре протона могут быть дополнительные электроны и позитроны?

homosapiens · Сообщение **homosapiens** » 09 сен 2011, 17:13

Могут. И мюоны могут.

AAK · Сообщение **AAK** » 10 сен 2011, 07:18

homosapiens писал(а):Source of the post
Могут. И мюоны могут.

Если Вы допускаете в структуре протона внутренние электроны и позитроны, то интересует Ваше мнение о возможности структуры нуклона (протона, нейтрона, антинейтрона, антиводорода), в которой предполагается о связанных состояниях между электронами и кварками, а также между позитронами и антикварками (извините, но ссылка на форум МГУ блокируется вашей защитой).
Хочется обсудить эту тему более подробно в теме: [url=http://e-science.ru/forum/index.php?showtopic=33665]http://e-science.ru/forum/index.php?showtopic=33665[/url]

homosapiens · Сообщение **homosapiens** » 10 сен 2011, 17:06

[url=http://e-science.ru/forum/index.php?s=&...st&p=309539]http://e-science.ru/forum/index.php?s=&...st&p=309539[/url]

Автор вопроса находится на длительном изучении истории вопроса.
Поэтому я не комментирую никак его заявления.

Rashid111 · Сообщение **Rashid111** » 09 мар 2013, 15:22

Дятел писал(а):Source of the post
Полный текст статьи на Membran'e
Статья в Nature

Нам про этот эксперимент профессор на лекции рассказывал. Говорит это вполне научные вещи, но для достоверности нужно перемерить.

yourdomain.com