Timofey Gurtovoy
PROTON RADIUS
Ulimwengu mdogo, ambao husoma fizikia ya quantum, ni sehemu ya pili, lakini isiyoonekana ya ulimwengu wa nyenzo. Ulimwengu huu unawakilishwa na wigo mpana wa uwazi, kwa namna ya chembe za msingi, kuanzia na atomi na kuishia na zile za muda mfupi zinazopatikana kwa kusagwa maada katika vichapuzi.
Maudhui ya ndani ya chembe za msingi yanajulikana kwa fizikia iliyopo tu ndani ya mipaka ya jedwali la upimaji. Kuhusu muundo, ni dhana tu kwamba muundo wake unadaiwa kuwa nakala ya mfumo wa sayari. Ilifanyika tu kwamba maelezo ya kitu kipya katika fizikia iliyopo huanza na njia mbaya ya mlinganisho kwa kitu ambacho tayari kinajulikana. Ingawa Asili sio wajinga kama sisi, tunaoisoma, mara nyingi tunaifikiria katika miradi yetu ya kubahatisha.
Fizikia ya busara mengi zaidi yanajulikana kuhusu ulimwengu mdogo kuliko inavyojulikana fizikia iliyopo. Hii imeelezwa kwa undani wa kutosha katika makala zangu kwenye tovuti ya Kulichki katika sehemu ya Fizikia. Ufafanuzi wao wenye anwani unapatikana kwenye blogu kwenye mradi wa "Ulimwengu Wangu".
Ulimwengu wa Microworld.
chembe ndogo imara ni elektroni Na protoni.
KATIKA fizikia iliyopo inayojulikana na vigezo vinne kuu: molekuli, radius, malipo na spin.
Elektroni inachukuliwa kuwa chembe yenye malipo hasi ya kitengo. Protoni ni sawa kwa ukubwa, lakini ina malipo mazuri.
KATIKA Fizikia ya busara- tatu tu, i.e. vigezo sawa, ukiondoa malipo, kwa sababu sio lazima. Kwa kuwa polarity ya chembe ni jamaa na imedhamiriwa na sheria Uwezekano wa Gradation ya Matter, ikiwa ni kazi ya radius ya sheria-nguvu ya chembe katika mpangilio kinyume.
Tofauti katika radii ya chembe hizi ni ndogo. Radi ya elektroni ya kawaida ni 2.81794⋅fm.
Radi ya protoni, iliyoamuliwa kwa majaribio mwaka wa 2009 na kundi la wanafizikia wakiongozwa na Dk. Randolf Pohl kutoka Taasisi ya Max Planck ya Quantum Optics, iligeuka kuwa sawa na 0.8768 fm.
Kwa nini chembe yenye uzito mara 1836 zaidi ina radius ndogo, kutoka kwa mtazamo wa fizikia iliyopo, haijulikani. Hata hivyo Fizikia ni mantiki kitendawili hiki dhahiri kinaeleza.
Elektroni ni chembe pekee imara ambayo maudhui yake ya ndani ni ya muundo mmoja. Iliyobaki, kuwa atomi za vitu, pamoja na protoni - muundo wa polystructural, kuwa na muundo tata wa ndani.
Hakuna elektroni za mpira zinazoruka katika obiti kuzunguka kiini cha nukleoni, kama sayari zinazozunguka Jua. Hakuna kiini chenye viini. Vitu vyote vinavyounda muundo wa ndani wa atomi - elektroni, nukleoni na vikundi vilivyoundwa nao, zote mbili - quarks (hii ilisemwa hapo awali, wakati wa kuelezea kwa nini haipatikani katika hali ya bure), huunda pete zinazozunguka pande zote. msingi wa utupu. Pete zote zimetenganishwa na nafasi ndogo za utupu, ambazo ni kipengele cha kimuundo cha dhamana inayowezekana ambayo hufunga kwa uthabiti muundo mzima wa microparticle tata. Uwepo wa nafasi hizi za uunganisho wa utupu huruhusu atomi kuwa na uadilifu mkubwa wa misa, iliyopunguzwa kwa kiasi kidogo.
Hali hii huamua ukweli kwamba protoni, yenye uzito mkubwa, ina radius ndogo kuliko elektroni, na inahusiana na umeme.
Na kwa kuwa chembe ya denser ina uwezo mkubwa wa umeme wa jamaa kwa sababu uso wake ni karibu na msingi wa utupu kuliko uso wa chembe ndogo, hii ina maana kwamba uwezo wa chembe ni uwezo wa uso wake.
Jaribu kupima radius ya protoni.
Maelezo kutoka kwa nafasi fizikia iliyopo.
Wakati wa majaribio na mesons (1955 - 1956), L. Alvarez na wenzake waligundua athari kwamba muon, akiwa na wingi mkubwa zaidi kuliko wingi wa elektroni, anaweza kujidhihirisha kama "elektroni nzito ya atomiki". Hii inazalisha kinachojulikana kama hidrojeni ya muonic.
Mbinu ya majaribio, kulingana na waandishi wake, ni pamoja na matumizi ya ukweli huu - uingizwaji elektroni katika atomi ya hidrojeni, kwa chembe isiyo imara - muon, ambayo ni nzito mara 207 kuliko elektroni.
Na, kwa kuzingatia ukweli kwamba, kulingana na fizikia iliyopo, elektroni inadaiwa inazunguka protoni sio kwenye trajectories zilizowekwa madhubuti - chembe hii ya msingi inaweza kuchukua viwango fulani vya nishati, kwa hivyo inawezekana, baada ya kugundua ni tofauti gani ya nishati kati yao. ngazi hizi mbili, na kwa kuzingatia masharti ya quantum nadharia electrodynamics kukokotoa radius protoni.
Kwa hiyo, sababu ya kuamini ilikuwa ifuatayo.
Mnamo 1947, wanafizikia wa Kiamerika Willis Eugene Lamb na Robert Rutherford waligundua kwamba elektroni katika atomi ya hidrojeni inaweza kuzunguka kati ya viwango viwili vya nishati (jambo hili linaitwa mabadiliko ya Mwanakondoo)..
Ilifanyika hivi. Kiharakisha chenye nguvu cha muon kilitumika katika Taasisi ya Uswisi Paul Scherrer. Muons zilizinduliwa kwenye chombo kilicho na atomi za hidrojeni.
Baada ya hayo, kwa kutumia laser iliyo na sifa maalum zilizochaguliwa, wanafizikia walimpa muon nishati ya ziada, ambayo, kama wanasema, " hakika inatosha kusonga hadi ngazi inayofuata".
Baada ya hayo, wanaeleza: “ Karibu mara moja muon alirudi kwa kiwango cha chini cha nishati, akitoa mionzi ya X.".
Mchele. 1. Mchoro wa mabadiliko ya muon na mionzi iliyotolewa wakati wa mchakato wa kuruka kwa chembe kati ya "orbitals", kulingana na fizikia iliyopo (mchoro kutoka kwa Hali).
Kwa kuchambua mionzi hii, kiwango cha nishati na kisha radius ya protoni iliamuliwa.
Hata hivyo, radius ya protoni inayopatikana na wajaribu ni chini ya 4% kuliko thamani inayokubalika kwa sasa.
Kufikia sasa, watafiti hawawezi kuelezea sababu ya tofauti kubwa kama hiyo. Kunaweza kuwa na sababu kadhaa.
1. Hitilafu (au hitilafu) iliyotokea katika mojawapo ya hatua za jaribio.
2. Makosa katika masharti ya nadharia ya quantum electrodynamics.
3. Matokeo mapya yanaonyesha kuwa protoni ina mali isiyojulikana kabisa kwa wanafizikia.
Maelezo kutoka kwa nafasiFizikia ya busara.
Kwanza, kuhusu kinachojulikana Kuhama kwa kondoo.
Nadharia ya kinetiki ya molekuli, ambayo inaelezea tukio la joto kwa njia ya kinetiki ya molekuli, haikubaliki. Hii tayari ni wazi kwa kila mtu. Joto hutengenezwa na mionzi ya umeme, ambayo hutokea wakati chembe za msingi zinapungua.
Atomi (molekuli) za dutu ziko katika mdundo unaoendelea. Utaratibu huu unaambatana na kutolewa kwa sehemu zake, ambazo zinaundwa katika uundaji wa anga kwa namna ya elektroni. Kuingiliana na mazingira ya anga, elektroni zinazosababisha, kupunguza kasi, hutoa EM quanta.
Chembe pekee zilizo na muundo tata, yaani, kila kitu (atomi, molekuli) isipokuwa elektroni, huchukua EM quanta. Kunyonya husababisha perestroika muundo wao wa ndani na kubwa zaidi amplitude mapigo. Ilikuwa mchakato huu ambao ulionekana mnamo 1947 na wanafizikia wa Kiamerika Willis Eugene Lamb na Robert Rutherford, ambao walikosea badiliko la ukubwa wa mipigo ya protoni kwa madai ya mpito wa elektroni yake hadi "obiti" tofauti.
Protoni, kama atomi zote, hugundua mara kwa mara EM quanta ya safu ya mafuta na mwanga kutoka nje, ikisukuma, ikitoa chembe za jambo lake, ambazo hupunguzwa polepole na kunyimwa mionzi, nishati, kuenea nje, na kugeuka kuwa chembe za etha. , ambazo zimetawanywa katika Nafasi.
Yote hii inajenga kuonekana kwa mipaka isiyo wazi, isiyo wazi.
« Kwa kuwa chembe ya mchanganyiko, protoni ina vipimo vyenye ukomo, lakini, kwa kweli, haiwezi kuwakilishwa kama "mpira mgumu" - haina mpaka wazi wa anga.
Ikiwa tutafuata nadharia za kisasa za kimaumbile, protoni badala yake inafanana na wingu lenye kingo zilizo na ukungu, inayojumuisha chembe pepe zinazoundwa na kuangamizwa.".
Sasa kuhusu mchakato wakati wa majaribio. Hakuna uingizwaji wa elektroni katika atomi ya hidrojeni na muon. Na hidrojeni ilihitajika pale tu kama aina ya "kichocheo" katika mchakato huo.
Kuharakisha muon, kwa mujibu wa sheria uhifadhi wa nishati na wingi katika mwendo kupata misa ya ziada, inakuwa nzito, lakini sio sana kwamba kwa sababu ya kuongeza kasi hii hufikia wingi wa protoni. Boriti ya laser, pamoja na nishati yake, huleta mchakato wa uzito wa muon kwa wingi mkubwa kuliko wingi wa protoni. Hiyo ni, chembe hiyo inasukumwa tu na nishati, kama kwenye laser.
Baada ya hayo, chembe hiyo inakuwa nzito sana, yenye mionzi ya bandia, kwamba katika mwingiliano wa kwanza na atomi ya hidrojeni ambayo huingia kwenye njia yake, hupunguzwa polepole, "kutatuliwa" na "mzigo" wake, kutoa quantum ya EM na kupoteza nishati ya ndani. kwa thamani yake utulivu. Wakati huo huo yeye kikamilifu hupoteza nguvu zake pia kinetiki, yaani inageuka kuwa chembe katika hali amani. Kwa hivyo, radius ambayo ilihesabiwa na wajaribu kulingana na matokeo yaliyopatikana katika jaribio ni hii ni radius ya mapumziko ya protoni .
Sijui jinsi na kwa njia gani radius ya protoni ilihesabiwa na wajaribu kulingana na thamani iliyopatikana ya nishati ya quantum ya X-ray.
Walakini, ikiwa kasi ya muon ilikuwa - V = 0.4 C, basi kila kitu ni sahihi. Kulingana na fizikia ya busara, protoni ina misa sifuri.
Radi ya protoni iligeuka kuwa asilimia 4 ndogo kuliko ilivyofikiriwa hapo awali. Hitimisho hili lilifanywa na kikundi cha wanafizikia ambao walifanya kipimo sahihi zaidi cha radius ya chembe ya msingi hadi sasa.
Protoni, pamoja na neutroni, ni sehemu ya viini vya atomiki. Haiwezekani kuamua moja kwa moja ukubwa wa chembe hii, kwa kuwa haina mpaka wazi wa anga. Hata hivyo, wanasayansi wanaweza kukadiria radius ya protoni kwa kuamua jinsi chaji yake chanya inavyoenea. Ili kufanya vipimo hivi, watafiti hufanya kazi na atomi za hidrojeni, ambazo zinajumuisha protoni moja na elektroni moja. Elektroni haizunguki kwenye protoni pamoja na trajectories zilizowekwa madhubuti - chembe hii ya msingi inaweza kuchukua viwango fulani vya nishati. Mnamo 1947, wanafizikia wa Kiamerika Willis Eugene Lamb na Robert Rutherford waligundua kwamba elektroni katika atomi ya hidrojeni inaweza kuzunguka kati ya viwango viwili vya nishati (jambo hili linaitwa mabadiliko ya Mwanakondoo). Baada ya kujua ni tofauti gani ya nishati kati ya viwango hivi viwili, wanasayansi wanaweza, kwa kuzingatia kanuni za nadharia ya quantum electrodynamics, kuhesabu radius ya protoni, lango la ScienceNOW linafafanua.
Waandishi wa kazi mpya waliamua kufafanua makadirio yaliyopatikana hapo awali ya ukubwa wa protoni kwa kutumia teknolojia isiyo ya kawaida ya majaribio. Wanafizikia walipata muundo sawa na atomi ya hidrojeni, ambayo badala ya elektroni kulikuwa na muon - chembe ya elektroni yenye chaji hasi mara 207 nzito kuliko elektroni. Kwa sababu ya tofauti ya wingi, muon huzunguka takriban mara 200 karibu na protoni, na mabadiliko katika viwango vyake vya nishati hutegemea zaidi sifa za protoni.
Kwa kutumia kichapuzi chenye nguvu zaidi cha muon katika Taasisi ya Uswizi ya Paul Scherrer, wanasayansi "walizindua" muons kwenye chombo kilicho na atomi za hidrojeni. Katika kesi hii, takriban kila muon mia moja ambayo ilichukua nafasi ya elektroni "ilishindwa" kwa kiwango cha juu cha nishati kutoka kwa wale "kuruhusiwa" na mabadiliko ya Mwanakondoo. Chembe hizo zilikuwepo kwa microseconds mbili, ambayo ni mpangilio wa ukubwa wa muda mrefu kuliko majaribio ya awali. Kwa kutumia laser yenye sifa maalum zilizochaguliwa, wanafizikia walimpa muon nishati ya ziada, ambayo ilikuwa ya kutosha kabisa kuhamia ngazi inayofuata. Karibu mara moja, muon alirudi kwa kiwango cha chini cha nishati, akitoa X-rays, anaelezea Wired. Kwa kuchambua mionzi hii, wataalam waliweza kuamua kiwango cha nishati na kisha radius ya protoni. Hapa unaweza kuona video kwa Kiingereza, ambayo inaonyesha hatua kuu za jaribio.
Kulingana na matokeo ya majaribio, wanasayansi walihesabu kuwa radius ya protoni ni femtometers 0.84184 (femtometer ni mita 10-15), ambayo ni asilimia 4 chini ya thamani inayokubaliwa kwa sasa. Hadi sasa, watafiti hawawezi kueleza matokeo mapya, kwa vile yanapingana na nadharia ya quantum electrodynamics, ambayo inachukuliwa kuwa nadharia sahihi zaidi ya kimwili. Wenzake wa waandishi hawakatai kuwa sababu ya kutofautiana inaweza kuwa kosa (au makosa) ambayo yalitokea katika moja ya hatua za majaribio. Maelezo mengine yanayowezekana ni makosa katika kanuni za nadharia ya quantum electrodynamics. Na hatimaye, chaguo la tatu, ambalo wataalam wanazungumza kwa tahadhari kubwa, ni kwamba matokeo mapya yanaonyesha kwamba protoni ina mali isiyojulikana kabisa kwa wanafizikia.
Femtometer ni milioni moja ya bilioni moja ya mita, mita 10. -15. Tofauti ya mia nne ya urefu huu inatishia karibu kugeuza mawazo yetu kuhusu microcosm juu chini.
Leo hali inaonekana hivi. Tangu katikati ya karne iliyopita, wanafizikia wamekuwa wakijaribu kupima radius ya protoni, na hadi 2010 walikuwa wakifanya kazi nzuri. Majaribio yalifanywa kwa njia tofauti, lakini kanuni ilibaki sawa - kupima viwango vya nishati vilivyohesabiwa ambayo elektroni inaweza kuwekwa kwenye atomi ya hidrojeni, au, kwa kusema, urefu wa njia zake zinazowezekana. Ukubwa wa viwango hivi hutegemea sehemu ya radius ya protoni inayounda kiini cha atomi ya hidrojeni. Sehemu hii imedhamiriwa madhubuti na sheria za mechanics ya quantum, na, kwa kujua viwango, inawezekana kuamua eneo la protoni kwa kutumia mahesabu rahisi. Majaribio ya awali yalitoa thamani sawa ya radius kwa protoni - 0.877 femtometers - kwa usahihi wa 1-2%, kulingana na jaribio. Kipimo cha hivi karibuni na sahihi zaidi kilirekebisha takwimu hii hadi nafasi ya nne ya decimal - femtometers 0.8768.
Lakini miaka miwili iliyopita, kundi la wanafizikia wakiongozwa na Randolph Paul kutoka Taasisi ya Quantum Optics. Max Planck nchini Ujerumani aliamua kupima radius hii kwa njia kali zaidi, kwa kuchukua nafasi ya elektroni katika atomi za hidrojeni na jamaa zao wa karibu, muons.
Muons ni kubwa mara mia mbili kuliko elektroni, na kuifanya kuwa nyeti zaidi kwa saizi ya protoni. Kwa kutumia kiongeza kasi, wingu la atomi za hidrojeni lililipuliwa na boriti ya muons, ambayo matokeo yake ilichukua nafasi ya elektroni katika baadhi ya atomi hizi.
Matokeo yake yalikuwa ya kushangaza: badala ya ukubwa wa kawaida wa 0.877 femtometer, ukubwa ulikuwa 0.84.
Protoni ilipungua kwa njia isiyoeleweka.
Kulingana na maoni yaliyopo, protoni, chembe inayojumuisha quarks tatu, haiwezi kubadilisha radius yake kulingana na kile ambacho raia huruka juu yake. Baada ya ukaguzi wa uangalifu zaidi, wazo la kosa kubwa katika jaribio lilikataliwa, na hakuna kitu cha kusema juu ya makosa katika majaribio ya zamani na atomi ya kawaida ya hidrojeni, ikitoa radius ya protoni ya femtometers 0.877: idadi ya majaribio haya mamia.
Katika jaribio lililofafanuliwa katika Sayansi, timu iliyoongozwa na Aldo Antognini wa Taasisi ya Teknolojia ya Shirikisho la Uswizi huko Zurich ilipima radius ya protoni tena kwa kutumia atomi za hidrojeni ya muonic—wakati huu kwa seti tofauti ya viwango vya nishati.
Matokeo yalikuwa sawa na miaka miwili iliyopita - 0.84 femtometers.
Kulingana na mmoja wa waandishi wa makala hiyo, Ingo Sika kutoka Chuo Kikuu cha Basel (Uswizi), matokeo haya, badala ya kuweka wazi hali hiyo, yaliifanya kuwa ya kushangaza zaidi. "Wengi wamejaribu kueleza tofauti hii, lakini hadi sasa hakuna aliyefaulu," anasema.
Maelezo makubwa zaidi ya tofauti hii ni uwepo wa fizikia mpya, isiyojulikana, ambayo inadai kwamba muons huingiliana na protoni tofauti kidogo kuliko elektroni. Walakini, Mgonjwa na mwenzake kwenye jaribio la hivi karibuni, John Arrington wa Maabara ya Kitaifa ya Argonne, wanatilia shaka maelezo haya. Wanaamini katika ufahamu wa sasa wa fizikia kwamba tofauti ya kimsingi kati ya muon na elektroni ni "ngumu kufikiria."
Pia kuna wazo juu ya uwepo wa chembe isiyojulikana ambayo inaingilia mwingiliano wa muon na protoni. Hii inaweza kuwa, kwa mfano, moja ya chembe zinazounda jambo la giza. Lakini kwa kuwa haijulikani ni jinsi gani inaweza kubadilisha mwingiliano huu, na kwa kuwa bado haujapatikana kabisa, nadharia hii inabaki kuwa ya kubahatisha tu na isiyoungwa mkono.
Wanafizikia huweka matumaini fulani juu ya majaribio mapya, sasa si kwa hidrojeni ya muonic, lakini kwa heliamu ya muonic. Lakini majaribio haya yanatayarishwa tu na yatakamilika baada ya miaka michache.
Paul na wenzake hawakutumia elektroni kupima protoni. Badala yake, walileta chembe nyingine yenye chaji hasi inayoitwa muon. Muon ni mzito mara 200 kuliko elektroni, kwa hivyo obiti yake iko karibu mara 200 na protoni. Uzito huu hufanya iwe rahisi kwa wanasayansi kutabiri ni muon gani itahamia, na kwa hivyo kuamua kwa usahihi saizi ya protoni.
"Muon yuko karibu na protoni na anaweza kuiona vizuri," anasema Paul.
Maelezo Yanayowezekana
Vipimo hivi kwa kutumia muons nyeti viliwapa wanafizikia matokeo yasiyotarajiwa. Isiyotarajiwa kabisa. Sasa wanafizikia wanajaribu kuelezea tofauti.
Maelezo rahisi zaidi yanaweza kuwa kosa rahisi la hesabu. Wanafizikia vile vile walichanganyikiwa walipogundua kwamba neutrinos zinaweza kusafiri haraka kuliko kasi ya mwanga. Paul anasema "maelezo ya kuchosha" yana uwezekano mkubwa, lakini sio wanafizikia wote wanakubali.
"Siwezi kusema kulikuwa na hitilafu katika jaribio," anasema mwanafizikia wa MIT Jan Bernauer.
Pia hakatai kwamba vipimo kwa kutumia elektroni vimefanyika mara nyingi, na kwamba ikiwa hitilafu iliingia kwenye jaribio la muon na ikafanywa vibaya, matokeo, bila shaka, yatakuwa batili.
Lakini ikiwa "jaribio halina hatia," kunaweza kuwa na makosa katika mahesabu, ambayo inamaanisha "tunajua kinachoendelea, tunahesabu vibaya," Bernauer anabainisha.
Jambo la kufurahisha zaidi linaweza kuwa kwamba tofauti hiyo itaashiria mwanzo wa fizikia mpya ambayo haijaelezewa na Mfano wa Kawaida, lakini bado inafanya kazi vizuri. Kunaweza kuwa na kitu ambacho wanafizikia hawajui kuhusu jinsi muons na elektroni huingiliana na chembe nyingine. Ndivyo asemavyo John Arrington, mwanafizikia katika Maabara ya Kitaifa ya Argonne huko Illinois.
Labda fotoni sio chembe pekee zinazohamisha nguvu kati ya chembe, na chembe isiyojulikana hadi sasa ilihusika, ambayo ilileta matokeo ya kutatanisha katika kipimo cha protoni.
Nini kinafuata?
Ili kujua nini kinaendelea, wanafizikia wanaendesha mfululizo wa majaribio katika maabara tofauti. Moja ya maeneo makuu ya utafiti itakuwa kupima kutawanya kwa elektroni ili kuhakikisha inafanya kazi kwa usahihi na sio kutafuta muon wa kulaumiwa.
Lengo lingine ni kueneza majaribio, lakini badala ya kurusha elektroni, muons zitatumika. Mradi huu, unaoitwa MuSE (Jaribio la Kueneza la Muon), utafanyika katika Taasisi ya Paul Scherrer nchini Uswizi. Kuna mitambo yote muhimu kwa ajili ya majaribio ya juu-usahihi zaidi ya hayo, itawezekana kufanya elektroni na muon kutawanya katika jaribio moja.
"Tumaini ni kwamba tutaweza kuiga matokeo ya jaribio la kwanza mara ya pili," anasema Arrington. "Ikiwa tofauti itabaki, tutaangalia kwenye kisanduku kimoja na kuona ikiwa kuna utegemezi fulani juu ya eneo la jaribio, au je, elektroni na muons zitatuonyesha kitu kipya kimsingi?"
Ukusanyaji wa data utaanza 2015-2016. Arrington alibaini kuwa swali la saizi ya protoni litabaki katika utata kwa sasa.
"Siyo rahisi sana. Tunatumai kufafanua angalau miaka 10 mapema, lakini huu ni utabiri wa matumaini."
Tayari niliandika juu ya muons "isiyowezekana" na hali inayohusiana ya mwili kama vile umeme:
Na leo nilisoma makala ya kuvutia juu ya chakula cha rafiki yangu, akifunua kwa undani asili ya muon na protoni "ndogo kuliko kawaida" inayohusishwa. Kwa wale wanaopenda, makala ni chini ya kukata.
"Radi ya protoni iligeuka kuwa ndogo kwa asilimia 4 kuliko ilivyofikiriwa hapo awali. Hitimisho hili lilifanywa na kikundi cha wanafizikia ambao walifanya kipimo sahihi zaidi cha radius ya chembe hadi sasa. Wanasayansi walichapisha matokeo yao katika jarida la Nature. New Scientist anaandika kwa ufupi kuhusu kazi hiyo.
Asili imechukuliwa kutoka modi08 c Vipimo vya protoni. Haielezeki...
Kuhusu radius ya protoni
Kwanza kabisa, nataka kumshukuru mwanablogu Valentina Yurievna Mironova, shukrani ambaye nilijifunza juu ya kuwepo kwa tatizo la kutofautiana katika matokeo yaliyopatikana wakati wa kupima ukubwa wa protoni, ambayo inarudiwa mara kwa mara katika mchakato wa vipimo vyake. njia mbalimbali. Na pia mwandishi wangu wa mara kwa mara kutoka mbali kwa miaka mingi, shukrani ambaye nilipata maelezo ya kina ya mbinu za vipimo hivyo. Na sasa kuhusu kiini cha tatizo na kwanza quote.
"Radi ya protoni iligeuka kuwa ndogo kwa asilimia 4 kuliko ilivyofikiriwa hapo awali. Hitimisho hili lilifanywa na kikundi cha wanafizikia ambao walifanya kipimo sahihi zaidi cha radius ya chembe hadi sasa. Wanasayansi walichapisha matokeo yao katika jarida la Nature. New Scientist anaandika kwa ufupi kuhusu kazi hiyo.
Waandishi wa kazi mpya waliamua kufafanua makadirio yaliyopatikana hapo awali ya ukubwa wa protoni kwa kutumia teknolojia isiyo ya kawaida ya majaribio. Wanafizikia walipata muundo sawa na atomi ya hidrojeni, ambayo badala ya elektroni kulikuwa na muon - chembe ya msingi iliyoshtakiwa vibaya mara 207 nzito kuliko elektroni. Kwa sababu ya tofauti ya wingi, muon huzunguka takriban mara 200 karibu na protoni, na mabadiliko katika viwango vyake vya nishati hutegemea zaidi sifa za protoni.
Kulingana na matokeo ya majaribio, wanasayansi walihesabu kuwa radius ya protoni ni femtometers 0.84184 (femtometer ni mita 10-15), ambayo ni asilimia 4 chini ya thamani inayokubaliwa kwa sasa. Hadi sasa, watafiti hawawezi kueleza matokeo mapya, kwa vile yanapingana na nadharia ya quantum electrodynamics, ambayo inachukuliwa kuwa nadharia sahihi zaidi ya kimwili. Wenzake wa waandishi hawakatai kuwa sababu ya kutofautiana inaweza kuwa kosa (au makosa) ambayo yalitokea katika moja ya hatua za majaribio. Maelezo mengine yanayowezekana ni makosa katika kanuni za nadharia ya quantum electrodynamics. Na mwishowe, chaguo la tatu, ambalo wataalam wanazungumza juu yake kwa tahadhari kubwa, ni kwamba matokeo mapya yanaonyesha kuwa protoni ina mali isiyojulikana kabisa kwa wanafizikia.
Haya ndiyo yanayokuja akilini kuhusu ujumbe huu muhimu sana.
Kwanza kabisa, tunahitaji kukumbuka kwamba elektroni katika atomi kwa kushirikiana na protoni sio chembe katika fomu ambayo iko nje ya mfumo huu. Ndani ya mfumo huu, inaweza kuwakilishwa kwa namna ya vortex ya nishati ya volumetric, ambayo ina nishati fulani ya kinetic na malipo mabaya ya umeme. Kama wanavyosema mara nyingi, "Mawingu", sura ambayo na thamani ya wingi wa inertia imedhamiriwa na kiwango cha nishati ambacho inachukua kwenye atomi.
Jambo linalofuata ambalo linahitaji kuzingatiwa ili kupata maelezo ya kimantiki kwa matokeo yaliyopatikana katika jaribio lililotajwa ni kwamba, kulingana na Dhana ya MWT, nishati ya kinetic ni aina ya nishati inayoweza kujilimbikiza katika nafasi ya Dimension ya Juu (HD) katika michakato ya mwingiliano mbalimbali katika ulimwengu wetu , na inaweza kurejea katika ulimwengu wetu kwa kujibu maombi ya kitu halisi ambacho kina ushawishi kinyume na kile kilichokuwa katika mchakato wa mkusanyiko wake. (Hitimisho kutoka kwa maelezo ya suluhisho la hisabati ya Yang-Mills).
Na mwishowe, hali moja zaidi na muhimu zaidi ya kuelewa shida inayozingatiwa. Kama Plato alivyoandika wakati mmoja: "Wazo la kitu ni uadilifu wa sehemu zake zote kuu, zisizogawanyika katika sehemu hizi." Kwa maneno mengine, kuchukua nafasi ya elektroni katika mfumo wa protoni zinazohusiana na elektroni iliyo na muon sio tu kuchukua nafasi ya moja ya vitu vinavyounda mfumo na mwingine, ni kuchukua nafasi ya mfumo mmoja ambao uko katika hali thabiti ya usawa wa nguvu na mwingine. , ambayo, hata hivyo, lazima pia ibaki katika hali ya usawa yenye nguvu. Na hali hii mpya inaweza tu kuundwa ikiwa baadhi ya mabadiliko hutokea katika vipengele vyote vinavyounda mfumo. Kwa upande wetu, protoni lazima pia kubadilika kwa namna fulani. Kwa mara nyingine tena: "Wazo la kitu ni uadilifu wa sehemu zake zote za msingi, zisizogawanyika katika sehemu hizi."
Ili kufafanua dhana hii, tunaweza kusema yafuatayo.
Ili kuweka mfumo mpya ulioundwa katika usawa wa nguvu sawa, muon mzito lazima afikie kile ambacho protoni mpya imekuwa. Ili kuweka muon katika mfumo mpya, protoni lazima ipate nishati ya kutosha yenyewe kwa hili. Na jambo la msingi zaidi kwa maelezo ya kuridhisha ya hitimisho lililozingatiwa kama matokeo ya jaribio ni jibu la swali - linaweza kutoka wapi?
Protoni ni muungano wa quark tatu, nishati ambayo ina karibu kabisa na nishati ya kinetic ya mzunguko na ambayo huunda mfumo ambao uko katika hali ya usawa inayoungwa mkono na mwingiliano wa kifungo, mwingiliano "Kinyume chake", ambayo. huongezeka kwa umbali unaoongezeka kati ya vitu vya kimwili, na kwa umbali unaopungua - hudhoofisha.
Kwa kuwa usawa huu wa nguvu unaweza kudumishwa kwa muda mrefu usiojulikana, na mifumo kama hiyo ya usawa inakabiliwa na misukosuko ya mara kwa mara, lakini hakuna chanzo cha nishati kusahihisha usumbufu huu bado kimepatikana katika ulimwengu wetu, inabaki kuzingatiwa kuwa nishati ya kurekebisha inaweza. kuja tu kutoka nafasi ya BVM.
Kwa asili, usumbufu sawa ni uingizwaji wa elektroni na muon, na inaweza pia kupata nishati muhimu kwa protoni, ambayo tayari imetajwa, tu kutoka kwa nafasi ya BVM. Lakini, katika kesi hii, ikiwa nishati ya ndani ya protoni inabadilika, hali ya hali mpya ya kufungwa ndani yake pia inabadilika. Uwezekano mkubwa zaidi, quarks lazima zije karibu ili kuongeza nishati ya ndani ya mfumo, au, kwa maneno mengine, na hivyo kuunda protoni mpya. Hili ndilo linalofunuliwa katika jaribio lililotajwa na, uwezekano mkubwa, linaweza kuthibitishwa kwa mfano wa kutosha wa hisabati ambao unaonyesha jambo hili.