Эксперимент по рассеянию электронов выдал самую точную на сегодняшний день величину радиуса протона, которая оказалась меньше ранее известных данных.
Все видимая материя во Вселенной образована из облаков трёх кварков, связанных сильным взаимодействием — протонов. Этот вид элементарных частиц, существующий в каждом атоме, был объектом многочисленных исследований для раскрытия его свойств. При измерении радиуса протона физики долгое время не могли прийти к единому мнению, так как увеличение точности методов приводило к уменьшению конечного результата.
До 2010 года для определения радиуса протона использовались два метода эксперимента. В одном из них электроны направляли в протоны, измеряя изменение траектории электронов после столкновения с протонами. Радиус заряда протона вычислялся на основе этих изменений.
В атомно-спектроскопических измерениях наблюдаются переходы между энергетическими уровнями электронов. Каждый такой переход сопровождается излучением фотонов определенной длины волны. Обычно специалисты проводили измерения этим методом на ядрах протия и дейтерия — двух изотопов водорода. Эти два метода дали радиус элементарной частицы около 0,88 фемтометра.
В 2010 году физики измерили радиус новым методом. Вычислив энергию перехода между уровнями электронов в атоме водорода, где мюон занимал орбиту, получен результат на 4% меньше предыдущего — примерно 0,84 фемтометра. Мюон, вращающийся гораздо ближе к ядру, более чувствителен к радиусу заряда протона.
Наконец, в новой работе исследователи предложилиУченые разработали усовершенствованный метод измерения размера протона. В конструкцию прибора для измерения рассеяния электронов внесены важные изменения. Физики модернизировали его так, что воздействие на систему со стороны самого прибора и внешних факторов снизилось до минимума, а чувствительность серьезно возросла. Измерение радиуса заряда протона на новом устройстве составило примерно 0,831 фемтометра.
Ученые стремятся подтвердить полученные данные и сравнить результаты с данными, полученными другими методами. В перспективе исследователи рассчитывают рассчитать размер дейтрона — ядра дейтерия — и несколько других ядер, состоящих из протона.