Het Krimproton: Deeltje Is Kleiner Dan Gedacht

{h1}

Onderzoekers hebben ontdekt dat de straal van een proton, een van de ingrediënten van de atomen die de wereld om ons heen vormen, kleiner is dan gedacht.

Hoeveel protonen kunnen op de punt van een speld dansen? Het antwoord is lang niet zo eenvoudig als men zou denken - en het zou nieuwe inzichten kunnen bieden in een van de best geteste theorieën in de natuurkunde.

Een internationaal team van wetenschappers probeerde onlangs de werkelijke grootte van een proton te achterhalen, een van de ingrediënten (samen met neutronen en elektronen) van de atomen waaruit ons lichaam bestaat en de wereld om ons heen.

De onderzoekers rapporteerden deze week in het tijdschrift Science en ontdekten dat de straal van het deeltje 0.84087 femtometers is. Een femtometer is een miljoenste van een miljardste van een meter, of zo klein dat de golflengte van gammastraling 100 keer langer is. De nieuwe meting is ongeveer 4 procent kleiner dan de momenteel geaccepteerde straal van 0,88768 femtometers, en dat kleine verschil is een puzzel.

Als de kleinere afmeting klopt, dan ontbreekt er iets in het begrip van fysici van de kwantumelektrodynamica, die bepalen hoe licht en materie op elkaar inwerken.

Protonfout?

Aldo Antognini, een fysicus bij het Zwitserse Federale Instituut van Technologie en eerste auteur van de krant, vertelde WordsSideKick.com dat het verschil een van de drie dingen zou kunnen betekenen.

Ten eerste, dat er een fout is in het eerdere werk, hoewel dat niet waarschijnlijk is, gezien hoe vaak verschillende experimenten werden herhaald.

De tweede mogelijkheid is dat een deel van de berekeningen voor de grootte van het proton ontbreekt. "Misschien begrijpen we de protonenstructuur niet volledig", Antogninisaid.

De derde verklaring is dat de huidige theorieën van de kwantumelektrodynamica verkeerd zijn, hoewel de kans daarop klein lijkt, omdat de theorie heel goed werkt en hij vele malen is getest. [Wacky Physics: de coolste kleine deeltjes in de natuur]

Dit resultaat is niet de eerste keer dat er een discrepantie is opgetreden. In 2010 vond Antognini, in samenwerking met een internationaal team onder leiding van Randolf Pohl van het Max Planck Institute of Quantum Optics in Garching, Duitsland, dat de protonenradius 0,88185 femtometers leek te zijn.

Hoe een proton te meten

Om de grootte van een proton te bepalen, hebben wetenschappers drie methoden gebruikt. Een daarvan is elektronenverstrooiing: afvuren van negatief geladen elektronen op positief geladen waterstofkernen (protonen) en meten hoe ze worden afgebogen. Het verstrooiingspatroon kan dan een idee geven van hoe groot het gebied van positieve lading is.

De tweede methode is om te meten hoeveel energie het kost om een ​​elektron te laten bewegen naar verschillende orbitale gebieden rond een kern. Elektronen verblijven meestal in regio's op een bepaalde afstand van de kern. Verhoog hun energie en ze raken opgewonden en gaan naar een andere regio, een orbitaal genaamd. De elektronen vallen dan terug in hun niet-aangeslagen toestand en zenden een foton uit. Door goed te kijken naar hoeveel energie het kost om een ​​elektron van een baan naar een hoger energetisch veld te bewegen, en de golflengte van het foton dat wordt uitgezonden wanneer het elektron terugkeert naar zijn lager energetische orbitaal, is het mogelijk de grootte van een proton te schatten.

Tot slot, de methode die wordt gebruikt in de nieuwste reeks experimenten, is muonic waterstof, een proton met een muon, in plaats van een elektron, eromheen cirkelende. Net als elektronen, zijn muonen negatief geladen, maar ze zijn 207 keer zwaarder. Dat betekent dat ze dichter bij het proton vliegen en dat het meer energie kost om ze naar hoger-energetische orbitalen te verplaatsen. De grotere energieverschillen maken het meten ervan eenvoudiger. Het vuren van een laser op de muonische waterstof prikkelt het muon en verplaatst het naar een andere orbitaal. Het muon valt dan terug naar zijn lagere energietoestand en zendt een röntgenfoton uit.

De eerste twee methoden, die in de afgelopen decennia werden gebruikt, hadden de grotere waarde voor de straal van het proton bedacht. De laatste methode, waarvan wetenschappers zeggen dat deze een kleinere onzekerheid kent, vond de kleinere. Deze berekeningen zijn echter behoorlijk ingewikkeld.

Nieuwe protonmaatregel

Het team van Antognini, dat experimenten uitvoerde in het Paul Scherrer-instituut in Zwitserland, deed niet alleen het muonic waterstofexperiment voor de tweede keer, maar ondernam ook stappen om een ​​nauwkeurigere meting te verzekeren. Het verschil bleef. "Misschien is er iets in [proton] -structuur dat alleen door muonen wordt benadrukt," zei Antognini. [Weird: Top 10 onverklaarde verschijnselen]

Dat is waarom de nieuwe waarde zo'n mysterie bewijst. Kwantumelektrodynamica (QED) heeft waarschijnlijk gelijk, en het is ook niet waarschijnlijk dat de eerdere experimenten zo ver verkeerd waren als gevolg van eenvoudige fouten, zeggen experts.

"Er kunnen wat ontbrekende termen in de berekeningen zitten," zei Helen Margolis, een onderzoeker aan het National Physical Laboratory in het Verenigd Koninkrijk, die niet bij het onderzoek betrokken was. "QED is tot nu toe tot ongelooflijke niveaus getest, maar de wiskundige basis is niet zo veilig als je zou willen."

Chad Orzel, universitair hoofddocent natuurkunde en astronomie aan het Union College en auteur van 'How to Teach Physics to Your Dog' (Scribner, 2010), zei dat de resultaten goed zijn voor de natuurkunde in het algemeen vanwege de vragen die ze oproepen. "Het is echt saai als alle metingen en theorie het met elkaar eens zijn, dit soort onenigheid geeft ons iets om over te praten dat niet het Higgs-deeltje is."

Opmerking van de uitgever: Dit artikel is bijgewerkt om de definitie van femtometer te corrigeren.

Volg WordsSideKick.com op Twitter @wordssidekick. We zijn ook bezig Facebook & Google+.


Video Supplement: .




Onderzoek


Wat Als Je De Rest Van Je Leven Maar Één Soort Voedsel At?
Wat Als Je De Rest Van Je Leven Maar Één Soort Voedsel At?

M-3 Grant / Lee Medium Tank
M-3 Grant / Lee Medium Tank

Science Nieuws


Sexercise? Bezig Worden Burns Calories, Study Finds
Sexercise? Bezig Worden Burns Calories, Study Finds

Weird Accident Damaged King Tut'S Beard
Weird Accident Damaged King Tut'S Beard

Leg 'Pot Cures Cancer' Claims Af, Waarschuwt De Fda
Leg 'Pot Cures Cancer' Claims Af, Waarschuwt De Fda

Wat Is Een Zonsverduistering?
Wat Is Een Zonsverduistering?

Waarom Kinderen Het Verlies Van Een Huisdier Zo Diep Voelen
Waarom Kinderen Het Verlies Van Een Huisdier Zo Diep Voelen


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com