Точность измерений в физике высоких энергий критически важна: даже малые отклонения от теории могут вести к открытиям. Поэтому эксперимент Лотара Майзенбахера из Института квантовой оптики имени Макса Планка привлек внимание ученых. Его группа изучала зарядовый радиус протона — параметр, описывающий распределение электрического заряда внутри частицы.
На протяжении последних лет измерения радиуса протона давали противоречивые результаты в зависимости от методов. Это создавало определенные сложности для проверки квантовой электродинамики (КЭД) — теории, описывающей взаимодействие света и вещества. Чтобы внести ясность, команда Майзенбахера применила новый подход, изучив ранее не исследованный с такой тщательностью энергетический переход в атоме водорода. Водород, состоящий всего из одного протона и одного электрона, является идеальной моделью для подобных тестов благодаря своей простоте.
Ученые измерили переход электрона между двумя возбужденными состояниями: 2S и 6P. Выбор состояния 2S оказался стратегически важным из-за его аномально долгого времени жизни, что обеспечило высокую стабильность измерений. Используя методы высокоточной лазерной спектроскопии, исследователям удалось зафиксировать частоту переходного фотона с поразительной точностью. Она составила 730 690 248 610,7948 килогерц — значение, которое всего на 0,0025 килогерц отличается от предсказаний Стандартной модели.
На основе этих данных физики вычислили зарядовый радиус протона, который оказался равен 0,840615 фемтометра. Полученный результат примерно в 2,5 раза точнее всех предыдущих значений, когда-либо полученных при анализе переходов в атоме водорода. Важно отметить, что новое измерение подтверждает данные о меньшем радиусе, полученные в ряде недавних экспериментов, тем самым помогая разрешить существовавшие ранее разногласия.
Таким образом, работа немецких физиков представляет собой одну из самых строгих проверок квантовой электродинамики в атомных системах на сегодняшний день. Тот факт, что Стандартная модель успешно выдерживает этот тест с беспрецедентной точностью, означает, что область поиска так называемой «новой физики» значительно сужается. Любые гипотетические явления, выходящие за рамки современных представлений, теперь могут скрываться лишь в еще более неуловимых отклонениях, что делает их обнаружение одновременно и более сложной, и более интригующей задачей для будущих поколений исследователей.
Ранее Наука Mail рассказывала, почему некоторые атомные ядра необычайно стабильны.
