Версия для слабовидящих
Загадку радиуса протона может разрешить квантовая гравитация Печать Email
Новости науки
29.11.2013
Вспоминая горячие дискуссии о форме электрона и степени опасности его зубов, сразу оговоримся: протон, состоящий из трёх кварков (двух верхних и одного нижнего), имеет то, что принято называть его радиусом, а считается им то расстояние, на котором плотность заряда снижается до определённого значения.

Чтобы измерить сей радиус, используют взаимодействие протона (для чего берут ядро атома водорода) и электрона, контактирующего, в свою очередь, с ядром. Электрон обращается вокруг протона по определённым орбиталям — дискретным энергетическим уровням, часть которых зависит от этих самых размеров протона. Отслеживая поведение электронов, его и измеряют.

Кварковая структура протона: два верхних кварка и один нижний (иллюстрация Arpad Horvath).


Но есть альтернативный подход: вместо электрона в ход идёт мюон, который в 200 раз тяжелее, а потому вращается вокруг протона по более низкой орбитали. Этот метод определяет размер протона, по идее, куда точнее. В 2010 году подобные измерения произвели небольшую сенсацию: выяснилось, что вместо более точной оценки получилась... принципиально иная. И это заставило усомниться в «идеальности» квантовой электродинамики, на расчётах которой основывались ожидаемые параметры протона...

В новой работе, опубликованной в журнале Europhysics Letters, физик Роберто Онофрио (Roberto Onofrio) из Падуанского университета (Италия) предположил, что эксперимент с мюонным водородом может быть «не странной ошибкой», а указанием на квантовую гравитацию, точнее — на новую её теорию, основанную на объединении гравитации и слабого взаимодействия. Такую теорию учёный называет «гравитослабым объединением».

В его сценарии ньютоновская гравитация работает, как обычно, на больших дистанциях, а на очень малых принимает другую форму, и сила такого гравитационного взаимодействия равна силе взаимодействия заряженных слабых токов, возникающих среди субатомных частиц. Ну а взаимодействия слабых токов можно рассматривать как проявление квантованной структуры гравитации вблизи или ниже масштаба Ферми.

Как показывает г-н Онофрио, квантовая гравитация придаёт дополнительную связывающую энергию в экспериментах с мюонным водородом, объясняя то, что радиус протона в них получается меньшим, чем в опытах с электронами, где радиус протона измерялся в сравнении с различием между двумя энергетическими уровнями, известными как лэмбовский сдвиг.

По расчётам Роберто Онофрио, «взнос» гравитационной энергии в опытах с обычным ядром атома водорода примерно на два порядка слабее, чем в экспериментах с мюонным водородом, поскольку мюон в пару сотен раз тяжелее электрона. Следовательно, этот вклад должен быть заметен при измерении лэмбовского сдвига обычного водорода, и отсутствие последнего в экспериментах указывает на существование взаимодействия, чувствительного к аромату, как это имеет место с взаимодействием слабых заряженных токов.

Как проверить эту теорию? Учёный считает, что это просто, благо его «объяснение основывается на массе ядра, так что можно провести дополнительные эксперименты с вариантами мюонного водорода... включая, в частности, лэмбовский сдвиг в мюонном дейтерии и спектроскопию мюонного гелия». Предсказания для мюонного дейтерия он уже внёс в свою работу, так что их осталось лишь сверить с экспериментом.

Таким образом, выходит, что мюонный водород может быть использован для проверки разных сценариев гравитослабого объединения; при этом посредством слабых взаимодействий удастся получить доказательства гравитационных эффектов на очень малых масштабах.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Europhysics Letters.

Подготовлено по материалам Phys.Org. Изображения на заставках принадлежит Shutterstock (1 и 2.)

Источник - http://compulenta.computerra.ru/veshestvo/fizika/10010317/

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта