20.09.2018
протоны и атом

Масса протона стала более точной

Рейтинг:  5 / 5

Звезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активнаЗвезда активна
 

Протон существенно легче, чем до сих пор предполагали. Это удостоверяет наиболее точное измерение массы протона.

Выявленное различие хотя и проявляется лишь на девятом знаке после запятой, и соответствует трем стандартным отклонениям, информируют ученые из Института ядерной физики имени Макса Планка. Учитывая фундаментальное значение массы протона, открытие для физики – очень важное.

Протон является одним из базовых элементов материи, вместе с нейтроном он образует атомное ядро элемента. Соответственно, свойства протона являются важными для базовых физических принципов. Так, масса и радиус определяют, как электрон вращается вокруг ядра. А это составляет основу для устойчивой Ридберга – физической константы, что, в частности, наделяет элементы спектральными линиями.

Массовые различие между протоном и нейтроном играет определяющую роль в сохранении стабильности атомного ядра. Также протонная масса важна как сравнительная величина в исследованиях антиматерии. Ведь в крошечных различиях массы между протоном и антипротоном теоретически могут скрываться искривления симметрии, что объяснило бы, почему материя в космосе доминирует. Следовательно, важно определять массу протона максимально точно.

Однако выяснилось, что этот базовый показатель ученые склонны переоценивать. В своем эксперименте физики во главе со Свеном Штурмом (Sven Sturm) из Института ядерной физики имени Макса Планка в Гайдельбергу определили массу протона так точно, как никогда раньше. Это стало возможным благодаря ловушке Пеннинга – контейнере, в котором зависают частицы под действием электрического и магнитного полей. В ловушке они кружат по спирали. Суть в том, что темп, с которым вращаются протоны, прямо пропорционален его удельного электрического заряда.

Для своих измерений ученые улучшили техники измерения. Они сравнили движение протонов с ионом углеродного изотопа 12C (12C6+), благодаря чему смогли особенно точно определить массу протонов.

«Сначала мы собрали протон и ион углерода 12C6+) в отдельных отделах аппаратуры, необходимой для ловушки Пеннинга, потом посменно направляли ионы к измерительному участку, расположенного посередине, и измеряли скорость их движения», – пояснил Штурм.

Результат: измеренная учеными масса протона равна 1,007276466583 атомных единиц массы (а.е.м.). Это существенно меньше, чем величина, которую до сих пор использовали как референтную, – 1,007276466879 а.а.м. (пусть даже разница заметна лишь на десятом знаке после запятой, это существенное отклонение, объясняют ученые).

То есть протон немножко легче, чем до сих пор предполагали. Ученые объясняют: так смещаются важные для поведения атома соотношение: между протоном и электроном, а также – протоном и нейтроном, хотя в последнем случае имеется только одно стандартное отклонение.

Чтобы вполне удостовериться, что к заниженным показателям не привели систематические ошибки при измерении, ученые проверили свои показатели в несколько раз (в том числе и сравнивая поведение различных ионов). Однако каждый раз они наталкивались на ту же низкую массу протона. «Мы не можем обнаружить никакой систематической ошибки в основе нашего подхода», – говорит Штурм с коллегами.

Так, новый показатель до 32 миллиардных частиц более точный, чем предыдущий, то есть в три раза точнее, чем результаты всех современных измерений, сообщают физики. Они уверены: выведенный показатель ближе к описанию настоящей массы протона, чем референтная величина.

  1. Последние
  2. Популярные
Загрузка...

Новости технологий сегодня

Самые популярные метки