Физики из университета Иоганна Гутенберга в Майнце (Германия) добились значительного успеха в изучении фундаментальных свойств атомных ядер. Впервые в истории были проведены лазерно-спектроскопические эксперименты на мюонном гелии-3 — особой форме гелия, в которой два электрона заменены тяжелым мюоном (нестабильная элементарная частица, принадлежащая ко второму поколению лептонов в стандартной модели физики элементарных частиц). Результаты опубликованы в журнале Science.
Группа под руководством профессора Рандольфа Поля получила самое точное на сегодня значение радиуса заряда ядра гелия-3 — 1,97007 ± 0,00097 фемтометра. Такая точность стала возможной благодаря тому, что мюон, будучи в 200 раз тяжелее электрона, обращается намного ближе к ядру, что делает измерения более чувствительными к его размерам и структуре.
Мы буквально «попали в яблочко»— мюон позволил нам заглянуть глубже в структуру ядра и подтвердить точность теоретических моделей
До сих пор радиусы ядер измерялись в основном с помощью ускорителей, например, MAMI в Майнце. Однако новый подход, основанный на лазерной спектроскопии мюонного атома, оказался в 15 раз точнее. Это стало возможным благодаря сотрудничеству экспериментаторов и теоретиков в рамках кластера передового опыта PRISMA+.
Параллельные измерения гелия-4, проведенные той же группой ранее, и недавние данные коллег из Амстердама подтвердили различие радиусов заряда изотопов гелия-3 и гелия-4. Такое согласие между экспериментами укрепляет доверие к современным ядерным моделям.
Результаты имеют далеко идущие последствия. Точные значения радиуса заряда критически важны для расчета таких физических констант, как постоянная Ридберга, и для оценки возможного существования новых частиц и сил, выходящих за рамки Стандартной модели.
В планах исследователей — измерение других легких атомных ядер, от лития до неона, с точностью, в 10 раз превышающей ту, что возможна на ускорителях. Для этого они намерены использовать не лазеры, а инновационные рентгеновские детекторы, что может открыть совершенно новый подход к изучению атомных ядер.
Читайте также на Науке Mail об участии гелия в образовании нейтрино.