Группа физиков под руководством Лотара Майзенбахера из Института квантовой оптики имени Макса Планка провела самое точное на сегодня измерение ширины (зарядового радиуса) протона. Результаты не только уточняют фундаментальные свойства материи, но и подтверждают состоятельность Стандартной модели, сужая пространство для «новой физики».
Зачем это нужно
Зарядовый радиус протона — параметр, описывающий распределение электрического заряда внутри частицы. Его точное значение критически важно для проверки квантовой электродинамики (КЭД) — теории, описывающей взаимодействие света и вещества.
Последние годы измерения радиуса давали противоречивые результаты в зависимости от метода. Это мешало проверке теории и порождало споры.
Как измеряли
Учёные использовали атом водорода (один протон + один электрон) — идеальную модель благодаря простоте.
Объект: энергетический переход электрона между двумя возбуждёнными состояниями — 2S и 6P.
- Состояние 2S выбрано из-за аномально долгого времени жизни, что обеспечило стабильность измерений.
Метод: высокоточная лазерная спектроскопия.
Результат
- Частота переходного фотона: 730 690 248 610,7948 кГц.
- Отклонение от предсказаний Стандартной модели: всего 0,0025 кГц (практически идеальное совпадение).
- Вычисленный зарядовый радиус протона: 0,840615 фемтометра.
Это значение в 2,5 раза точнее всех предыдущих, полученных при анализе переходов в атоме водорода. Оно подтверждает данные о меньшем радиусе из недавних экспериментов, помогая разрешить прежние разногласия.
Что это значит
- Квантовая электродинамика работает с беспрецедентной точностью. Теория выдержала строжайшую проверку.
- Область поиска «новой физики» сужается. Любые гипотетические явления за пределами Стандартной модели могут скрываться лишь в ещё более неуловимых отклонениях.
- Уточнена фундаментальная константа — радиус протона. Это важно для всей атомной физики.
«Это одна из самых строгих проверок квантовой электродинамики в атомных системах на сегодня», — отмечают авторы. Дальнейший поиск новых явлений потребует ещё более тонких экспериментов.