Международный коллектив ученых их коллаборации CREMA измерил радиус дейтерона — ядра дейтерия, состоящего из протона и нейтрона — в мюонном дейтерии и нашел, что он меньше, чем в обычном дейтерии с электроном. Это означает, что загадка радиуса протона сохраняется, пишет Quanta Magazine. Ученые опубликовали свое исследование в Science.

Протон — это позитивно заряженная частица в ядре атома. Она состоит из кварков и глюонов. Физики десятки лет пытались измерить радиус протона. И вот в 2010 году с помощью лазерной спектроскопии ученые под руководством Рандольфа Пола (Randolf Pohl) из Института квантовой оптики общества Макса Плана (Германия) дали самую точную оценку радиуса протона — 0,84 фемтометра, и в тоже время показали, что радиус протона не постоянен. Когда вокруг него вращается мюон, радиус уменьшается, по сравнению с тем, когда вокруг него вращается только электрон. В 2013 ученые еще раз уточняли результат.

И вот новая работа того же коллектива, в которой измерялся зарядовый радиус дейтерона, определяемый по характеру взаимодействия с отрицательным зарядом. Полученный результат сравнили с радиусом дейтерона в обычном дейтерии, где присутствует электрон. И снова радиус дейтерона в присутствии мюона оказался меньше на 0,8 процента, чем его радиус в присутствии электрона. Получается, что теперь физики видят два расхождения.

Среди попыток объяснить расхождения высказываются идеи о присутствии какой-то силы природы, еще неизвестной науке, которая сигнализирует о новой физике — той, что за пределами Стандартной модели. Сам Пол склонен списывать расхождения на счет ошибок измерения. Впрочем он допускает и иной вариант. «Если когда-то в будущем кто-то откроет что-то за пределами Стандартной модели, это будет в таком роде», — сказал он и уточнил, что за одним маленьким расхождением последует другое и затем еще одно, и так теория медленно приблизится к фундаментальному сдвигу.

[На фотографии: ученые облучали лазером газообразный мюонный дейтерий, чтобы измерить его ядро. Randolf Pohl]

************

Свен Штурм (Sven Sturm) из Института ядерной физики в Гейдельберге (Германия) и его коллеги произвели сверхточные замеры массы протона оказалось, что эта элементарная частица весит заметно меньше, чем раньше считали ученые. См. arXiv.org.

Новое значение массы протона было установлено благодаря созданию ловушки, способной удерживать в себе лишь один протон и полностью изолировать его от внешнего мира. Этот протон ученые охладили до температур, близких к абсолютному нулю, что вынудило его стоять на месте, и затем пропустили через магнитное поле. Это заставило протон колебаться с частотой, которая зависит от его массы.

Для сравнения ученые провели аналогичную операцию с одиночным атомом углерода, лишенным половины электронов, после чего сравнили частоты их колебаний для вычисления массы частицы. Как показали эти расчеты, масса протона равна 1,0072764665831529 атомных единиц массы, что на 0,000000029% меньше текущего значения этой константы.

Подобные расхождения, как подчеркивают ученые, являются статистически значимыми и они проявляли себя в нескольких повторных экспериментах, которые Штурм и его коллеги проводили после получения аномальных результатов.

В ближайшее время физики из Германии планируют повысить точность замеров массы примерно в шесть раз для проверки этих выводов.

**********

Скорее всего объяснение указанной выше массы протона именно в методе определения его массы. Ранее определялась масса протона, движущихся с довольно большой скоростью, а в описанном эксперименте протон был практически неподвижен. То есть в экспериментах ранее проводившихся и эксперименте описанном выше площади эффективного сечения протонов были разными. Протоны были связаны с несущими их фотонами разной энергии.