Home » D:News » Fizicienii sunt perplecşi: protonii sunt mai mici decât ar trebui conform legilor fizicii

Fizicienii sunt perplecşi: protonii sunt mai mici decât ar trebui conform legilor fizicii

Fizicienii sunt perplecşi: protonii sunt mai mici decât ar trebui conform legilor fizicii
Publicat: 25.01.2013
Cea mai precisă măsurare realizată până în prezent a razei protonului confirmă faptul că această particulă subatomică este mai mică decât „cer” legile fizicii, ceea ce alimentează controversa aprinsă dintre specialişti.

Dezbătută intens în ultimii doi ani, această nepotrivire dintre datele experimentale şi cele teoretice a ieşit la iveală în 2010, când un grup de cercetători de la Institutul Max Planck de Optică Cuantică din Garching, Germania, a determinat raza protonului – particulă încărcată pozitiv din nucleul atomic – şi a descoperit că era mai mică decât era de aşteptat.

Într-un studiu anterior raza protonului fusese estimată (dar nu putuse fi măsurată cu precizie) pe baza modului în care protonii interacţionează cu electronii în atomul de hidrogen, estimând raza protonului în funcţie de distanţa la care se extinde influenţa sarcinii sale electrice pozitive, pentru a menţine la o anumită distanţă electronul încărcat negativ. Estimarea a dat ca rezultat o rază a protonului de 0.877 femtometri – mai puţin de o trilionime de milimetru.

Cercetătorii germani au utilizat însă o altă metodă. Ei au folosit un atom de hidrogen modificat, în care electronul era înlocuit de un muon, o particulă cu aceeaşi sarcină electrică ca şi electronul, dar de 200 de ori mai grea. Datorită acestei greutăţi mai mari, muonul este mai sensibil la influenţa mărimii protonului, astfel încât raza protonului poate fi măsurată cu mai multă precizie. Rezultatul a fost de 0.8418 femtometri, cu 4% mai mic decât valoarea obţinută anterior. 

În lumea fizicii particulelor, această diferenţă este foarte mare şi a stârnit controverse între savanţi, unii punând la îndoială acurateţea experimentelor sau interpretarea lor, alţii considerând că teoria – aşa-numitul model standard din fizica particulelor – are nişte lacune.

Cercetătorii din Germania au repetat experimentele, măsurând încă şi mai precis raza protonului, iar rezultatul a fost, iarăşi, cu 4% mai mic decât cel obţinut în experimentul cu hidrogen obişnuit.

Randolf Pohl, conducătorul echipei de la Institutul Max Planck, crede că ar putea exista trei explicaţii:

  • experimentul ar putea avea erori, deşi aşa ceva nu prea e plauzibil, având în vedere că s-a obţinut în două rânduri aceeaşi valoare.
  • apoi,  acest mod de măsurare – prin experimente care implică electroni – ar putea să nu fie de încredere.
  • a treia şi cea mai incitantă posibilitate ar fi ca muonii să nu interacţioneze cu protonii în acelaşi mod în care o fac electronii; cu alte cuvinte, raza aparentă a protonului să se schimbe puţin, în funcţie de particula cu care interacţionează.

Dacă aşa stau lucrurile, acest fenomen ar implica existenţa unor particule necunoscute care influenţează modul în care muonul interacţionează cu protonul. Existenţa unor asemenea particule ar putea rezolva unele dintre problemele pe care le prezintă modelul standard al fizicii particulelor. 

De exemplu, ar putea furniza un „candidat” pentru materia neagră, misterioasa structură care alcătuieşte peste 80% din masa Universului.

În luna octombrie a anului trecut, la Trento, Italia, a fost organizată o conferinţă în cadul căreia  50 de experţi în studiul protonilor s-au întâlnit pentru a discuta detaliile problemei şi a încerca să ajungă la o concluzie.

„Deoarece experimentele care implică muoni par să fie de încredere, răspunsul cel mai popular este acela că ar există o altefel de fizică, dincolo de modelul standard, care determină diferenţele dintre muoni şi electroni, ceea ce ar fi foarte important,  a explicat Ron Gilman de la Universitatea Rutgers, SUA, aflat printre participanţi.

Dar un alt specialist, Gerald Miller, de la Universitatea Washington din Seattle, SUA, are o explicaţie alternativă, care poate împăca toate valorile obţinute fără a necesita existenţa unor noi particule, necunoscute. Astfel, conform electrodinamicii cuantice, două particule încărcate pot interacţiona schimbând între ele un foton.

Ecuaţiile ce descriu acest fenomen permit şi o interacţiune mai complexă, în care două particule creează doi fotoni şi „jonglează” cu ei. Deşi acest tip de interacţiune e considerat prea rar ca să fie important, Miller crede că masa mai mare a muonului îl face pe acesta să „jongleze” mai eficient cu fotonii. Acest lucru face interacţiunea sa cu protonul mai puternică şi face ca protonul să pară mai mic în raport cu muonul, fără a implica nicio lege nouă a fizicii.

Toate aceste ipoteze vor fi verificate în următorii ani prin noi experimente, inclusiv „bombardarea” protonilor cu muoni pentru a studia împrăştierea acestora şi „construirea” unor atomi de heliu cu muoni, pentru a măsura nivelurile de energie ale acestora.

Specialiştii speră ca, astfel, în doi-trei ani să aibă un răspuns definitiv privind mărimea protonilor.

Sursa: New Scientist

 
Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Dunărea și România, în presa americană. Ce spun jurnaliștii despre criza apei?
Dunărea și România, în presa americană. Ce spun jurnaliștii despre criza apei?
Coreea de Nord a lansat cel puțin un proiectil neidentificat spre Marea Japoniei
Coreea de Nord a lansat cel puțin un proiectil neidentificat spre Marea Japoniei
Cum se manifestă depresia zâmbitoare și ce trebuie să știe cei din jur pentru a o recunoaște
Cum se manifestă depresia zâmbitoare și ce trebuie să știe cei din jur pentru a o recunoaște
Nicolae Stoica, ultimul mare interbelic. O recuperare istorică după mai bine de 80 de ani
Nicolae Stoica, ultimul mare interbelic. O recuperare istorică după mai bine de 80 de ani
Cum să-ți crești încrederea în sine în situații toxice. Fraze și acțiuni care chiar te pot ajuta
Cum să-ți crești încrederea în sine în situații toxice. Fraze și acțiuni care chiar te pot ajuta
Scenariile minții. Cum să îți stăpânești gândurile negative și anxietatea
Scenariile minții. Cum să îți stăpânești gândurile negative și anxietatea
Ceva ce savanții au crezut că este unic oamenilor tocmai a fost observat și la maimuțe
Ceva ce savanții au crezut că este unic oamenilor tocmai a fost observat și la maimuțe
Vecinul îți pune în pericol locuința? Ce poți face dacă refuză să remedieze problema
Vecinul îți pune în pericol locuința? Ce poți face dacă refuză să remedieze problema
Când cumpărăturile devin o dependență. Cum recunoști oniomania și cum poți ieși din acest cerc
Când cumpărăturile devin o dependență. Cum recunoști oniomania și cum poți ieși din acest cerc
Cum să înveți toleranța la suferință. Abilitatea care te ajută să nu mai reacționezi impulsiv
Cum să înveți toleranța la suferință. Abilitatea care te ajută să nu mai reacționezi impulsiv
Cum ne formează copilăria relațiile de adulți. Povestea psihologului care a schimbat felul în care înțelegem iubirea
Cum ne formează copilăria relațiile de adulți. Povestea psihologului care a schimbat felul în care înțelegem iubirea
Test de cultură generală. Ce înălțime au girafele la naștere?
Test de cultură generală. Ce înălțime au girafele la naștere?
(P) Prețul consultației nu spune întreaga poveste: ce influențează costurile într-un cabinet stomatologic din București
(P) Prețul consultației nu spune întreaga poveste: ce influențează costurile într-un cabinet stomatologic din București
În aprilie 2029, un asteroid va trece la limită pe lângă Pământ. Cercetătorii, îngrijorați de posibile consecințe
În aprilie 2029, un asteroid va trece la limită pe lângă Pământ. Cercetătorii, îngrijorați de posibile consecințe
Căldura îți fură somnul? Cum poți dormi mai bine în nopțile caniculare
Căldura îți fură somnul? Cum poți dormi mai bine în nopțile caniculare
Ouăle ecologice ar putea avea un impact climatic mai mare decât cele provenite din ferme clasice
Ouăle ecologice ar putea avea un impact climatic mai mare decât cele provenite din ferme clasice
Sauna în timpul caniculei: poate pregăti organismul pentru căldură?
Sauna în timpul caniculei: poate pregăti organismul pentru căldură?
Mata Hari, curtezana care a făcut istorie devenind spioană în serviciul Germaniei
Mata Hari, curtezana care a făcut istorie devenind spioană în serviciul Germaniei