Un mister al fizicii care durează de un deceniu ar putea fi, în sfârșit, rezolvat

Adaugă-ne ca sursă preferată

Urmărește-ne in Discover

Hidrogenul este cel mai simplu element din Univers și prima poziție din tabelul periodic. Fiecare atom de hidrogen conține doar un proton în nucleu și un singur electron care gravitează în jurul lui. Datorită acestei structuri elementare, hidrogenul a servit istoric ca laboratorul ideal pentru testarea forțelor fundamentale care guvernează cosmosul.

Cu toate acestea, o proprietate aparent banală a dat bătăi de cap fizicienilor timp de mai bine de zece ani: dimensiunea exactă a protonului său. Cunoscută în comunitatea științifică drept enigma razei protonului, problema a stârnit dezbateri aprinse din cauza unor măsurători contradictorii.

Recent, cercetătorii de la Colorado State University (CSU) au raportat o măsurătoare de o precizie excepțională care promite să pună capăt acestei dispute. Rezultatele, publicate în revista Physical Review Letters, consolidează validitatea Modelului Standard al fizicii particulelor.

Experimentele anterioare ofereau răspunsuri diferite în funcție de instrumentele folosite. Măsurătorile care utilizau electroni sugerau o anumită rază a protonului, în timp ce studiile care foloseau muoni (particule elementare similare electronilor, dar mult mai grele) indicau o valoare mai mică.

Noua măsurătoare realizată la CSU stabilește că raza protonului este de aproximativ 0,84 femtometri, confirmând valoarea mai mică și contrazicând estimarea mai veche, acceptată în trecut, de 0,876 femtometri.

Un laborator independent de la Institutul Max Planck a ajuns recent la o concluzie similară folosind o tehnică complet diferită, oferind comunității științifice certitudinea că discrepanța a fost rezolvată.

Cel mai simplu element din Univers

Proiectul a fost coordonat de Dylan Yost, profesor asociat în cadrul Departamentului de Fizică al CSU. Echipa sa a dezvoltat tehnici avansate de spectroscopie laser pe masă. În cadrul experimentului, fizicienii au generat un fascicul de atomi de hidrogen în interiorul unei camere de vid și au folosit lasere pentru a propulsa electronii între diferite stări energetice.

Deoarece dimensiunea protonului influențează direct și subtil comportamentul electronilor de pe orbită, echipa a putut deduce raza exactă a nucleului analizând modul în care electronii au reacționat în timpul acestor tranziții induse optic. Experimentul a reprezentat, totodată, un test extrem de riguros pentru electrodinamica cuantică.

„Testul nostru arată o concordanță perfectă cu teoria privind dimensiunea protonului, având o acuratețe de ordinul părților per trilion. Acest lucru elimină ipoteza conform căreia o nouă forță necunoscută sau o particulă exotică ar fi fost responsabilă pentru discrepanțele din trecut”, a explicat Dylan Yost.

O măsurătoare de o precizie excepțională

Pentru a depăși obstacolul major legat de viteza mare a atomilor, care limitează timpul de interacțiune cu laserul și poate altera semnalul, doctorandul Ryan Bullis, autorul principal al lucrării, a conceput o metodă inovatoare ce utilizează două câmpuri laser simultan, sporind dramatic rezoluția datelor.

Yost a subliniat că designul compact al experimentului lor oferă o flexibilitate uriașă în comparație cu facilitățile gigantice precum Large Hadron Collider (LHC) de la CERN.

În timp ce marile acceleratoare sunt ideale pentru ciocnirea particulelor grele și detectarea interacțiunilor de mare energie, experimentele de laborator la scară mică sunt perfecte pentru scanarea interacțiunilor subtile și ușoare, scrie SciTechdaily.

Următorul pas pentru fizicienii de la CSU este aplicarea aceleiași tehnici pe izotopi mai complecși ai hidrogenului, cum ar fi deuteriul, pentru a se asigura că modelele teoretice actuale ale fizicii atomice și nucleare nu prezintă alte fisuri ascunse.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință au creat combustibil curat pe bază de hidrogen

Cercetătorii au creat hidrogen curat din plastic și baterii auto

O echipă de chimiști a reușit să producă hidrogen din firimituri

Hidrogenul invizibil ar putea elucida secretele materiei întunecate